极区间接横向惯性导航方法

针对极区经线收敛引起的以真北向作为航向参考的导航算法失效问题,在横向惯性导航方法的基础上,提出了一种以游移方位坐标系为导航坐标系的间接横向惯性导航方法,以寻求全球导航时算法的内在统一性,保证平台惯导平稳切换时的流畅性。在横向地球椭球模型下,推导了横向游移坐标编排,建立了误差模型,并进行了仿真分析,并给出了间接横向导航方法下的全球导航流程。结果表明,导航坐标系相同情况下指北编排与间接横向编排极区性能不同的本质原因在于游移角误差的不同;间接横向惯性导航方法能够满足极区导航与穿越极点航行要求,航向角误差小于0.1'/h。     

基于横向地球坐标的惯性导航方法

针对极区经线迅速收敛于极点造成的传统惯导机械编排在极区不适用问题,提出了CGCS2000地球椭球体模型下基于横向地球坐标的惯性导航方法。在构建横向坐标系及伪经纬网的基础上,给出了横向惯导与传统惯导间导航参数的转换关系,推导了横向地理坐标系机械编排,建立了系统误差模型,并以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了基于横向地球坐标的惯性导航方法在极区的适用性。仿真分析表明,基于横向地球坐标的惯性导航方法可以克服传统惯导在极区存在的问题,在极点处不存在计算溢出,并可为载体穿越极点时提供高精度的姿态、位置信息,适用于极区。     

极区飞行间接格网惯性导航算法

为克服极区经线收敛引起的惯导系统定位定向难题,同时为实现中低纬度地区和高纬度地区导航算法形式的统一,提出了以游移方位惯导编排为内核的极区间接格网导航算法。推导了游移坐标系和格网坐标系间的方向余弦矩阵,以此可间接获取格网航向和格网速度,同时用地心地固坐标替换经纬高定位参数,解决了极区的导航定位问题。仿真分析了两组特定飞行轨迹下的算法性能,并与直接格网惯导力学编排算法进行了比较,结果表明二者导航精度相当,可满足极区导航的需要。     

基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型导航方法

针对现有横向坐标系惯导编排在极区导航应用中导航参数转换复杂、不同导航系统间信息交联困难等问题,提出了一种基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型惯导编排方案,由传统地球坐标系绕y轴旋转-90°定义横向坐标系,实现横向地理坐标系和格林尼治格网坐标系的统一,解决参数转换与信息交联问题。在此基础上,推导了基于地球椭球模型的惯导编排方案,并解决了统一横向坐标系下横向经纬线不正交的问题。最后,通过中高纬度地区进行惯导实测数据解算与极区仿真试验,验证了坐标系在极区的正确性和适用性。极区仿真所得误差结果 48 h内各项误差符合惯性元件引起的系统误差发散规律,满足极区导航要求。     

基于横坐标系的捷联惯导系统极区导航方法

现有惯性导航系统机械编排在极区(特别是地理极点附近)不适用。针对该问题,提出了适用于捷联惯性导航系统极区使用的横坐标系导航方法。构建出横坐标系参考框架,推导出横坐标系和常规坐标系之间位置、速度和姿态信息的转换关系,建立了横坐标系捷联惯导系统的机械编排,并在此基础上分析其误差传播特性。仿真分析表明:横坐标系可以解决采用现有机械编排时,极区经线圈快速汇聚和地理极点附近无北向基准所引起的问题,从而满足极区导航要求;同时,仿真结果验证了横坐标系捷联惯导系统中位置和航向误差漂移的特性。     

基于重构伪地球坐标系的捷联惯导初始对准算法

针对捷联惯性导航系统的方位误差对系统误差特别敏感,容易引起闭环卡尔曼滤波初始对准的发散,提出了一种基于重构伪地球坐标系惯导机械编排的初始对准算法。重构伪地球坐标系惯导编排方案在初始位置实现了线性运动误差和方位误差之间解耦,从而消除了导航坐标系旋转角速度误差对方位对准的影响。因此该算法可以减小由系统误差引起的方位对准估计振荡,从而降低了对准系统发散的可能性,进而提高对准系统的稳定性,并改善了捷联惯导初始对准的性能。另外,它不仅适用于常规纬度初始对准,也可以解决极区静态对准问题。最后,常规纬度和极区静态对准仿真证明了该算法具有优良性能。     

极区飞行法向量惯性导航算法原理

为克服经典力学编排方案在高纬度地区无法定位定向的问题,提出了以地球坐标系为导航坐标系的法向量惯性导航力学编排方案。该方案采用法向量代替传统的经纬度坐标表示水平位置,适合于全球范围内进行导航。推导了法向量导航误差方程,可用于组合导航算法设计,从而对惯导误差进行校正,满足全天候长航时的导航要求。通过仿真验证了法向量导航算法误差特性,证明了该方案可以满足飞机在极区飞行时的需要,解释了飞跃极点时导航定位误差跳变的原因。     

中低纬度评估极区导航时IMU数据转换误差模型

为解决在中低纬度地区定量评估惯性导航系统极区性能的问题,开展了惯导IMU极区模拟转换误差分析与建模.首先,基于地球球体模型横向坐标系下导航参数不变的轨迹模拟转移规则,给出惯导IMU模拟极区输出转换修正量模型;之后,对模拟试验测试参考基准的位置、航姿、速度等误差进行理论分析,并在此基础上,详细推导了测试参考基准误差对IM...     

基于伪地球坐标系的惯导系统全球导航算法

由于极区特殊的地理、电磁条件,惯性导航因其自主性和信息完备性使之成为极区导航的首选。然而在考虑全球执行能力时,现有常用的任何一种力学编排方案都不能单独的实现全球导航。通常采用组合编排的方式,这样则不利于惯导算法的全球统一。基于此提出了基于伪地球坐标系的全球导航算法。该方案在全球导航时可以实现惯导算法的内在统一,并可保证物理平台的平稳切换,从而实现平台惯导与捷联惯导系统编排方案的统一。另外,该方案也更方便同其它局部惯导系统进行交互通信,仅不同的参数转换单元是必需的。同时,简单的切换逻辑也可以减小程序设计的复杂度和降低计算机负担。最后通过仿真证明了该算法的可行性。     

机载武器极区传递对准算法

针对高纬度地区经线收敛导致以真北向作为航向参考的导航算法失效的问题,并结合战机在极区内具备正常导航和作战能力的需求,提出了基于格网导航力学编排的极区传递对准算法.首先以格林威治子午线作为航向参考,在此基础上定义了格网导航坐标系同时给出了格网导航力学编排及其误差方程,解决了极区内相对经线定向定位困难的问题.其次在格网导航坐标系下设计了主子惯导信息的“速度+姿态”匹配传递对准算法,估计和校正弹载子惯导的误差.仿真结果表明,该算法可避免载机进行费时的方位机动,仅需一次简单的摇翼机动就可令弹载惯导5 s 内方位对准精度达到5',为战机在极区内仍具有导弹攻击能力提供了工程应用参考.     

捷联惯导系统极区导航算法优化设计及误差特性分析

采用格网坐标系下的力学编排方案能够有效解决常规惯导系统力学编排方案在极区航向误差急剧发散且无法实现定位定向的难题。格网坐标系力学编排方案可以直接获得格网航向,以及地心地固坐标系下的位置坐标,且输出航向精度及定位精度不随纬度的增高而变差。通过深入研究格网坐标系力学编排方案的误差传播规律,详细分析了高纬度下格网航向保持高精度输出的数学机理。针对格网坐标系力学编排方案在极点附近存在计算奇异值的问题,提出了一种通过格网坐标系和地球坐标系间的位置方向余弦矩阵更新解算替代由地心地固位置坐标求解经纬度三角函数值的优化算法,实现了真正意义上的格网坐标系力学编排方案在极区的"无死角"导航能力。仿真分析了载体沿经线穿越极点运动时的算法性能,并与固定指北力学编排方案进行了比较,结果表明,相比于传统导航方案,格网系下输出的航向误差不随纬度升高而发散,导航精度与低纬度区域导航能力相当。     

用低精度双轴转台对捷联惯导进行系统级标定的方法

为降低捷联惯导系统标定对转台精度的要求,提出了一种利用低精度双轴转台对捷联惯导进行系统级标定的10位置标定方法。通过选取恰当的惯性组件坐标系,建立加速度计和陀螺仪的输出误差模型,在双轴转台上合理进行10位置编排,然后利用系统翻滚过程中的导航误差作为观测量,全面辨识出包括加速度计标度因数非线性项的24个系统误差系数。通过数学仿真和实物试验两方面验证,该方法可在低精度双轴转台上全面辨识出系统误差系数,精度同在精密转台上使用传统方法标定精度相当,且标定时间短,方法简单易行。     

基于虚拟圆球法向量的极区惯性导航算法

提出了一种基于虚拟圆球法向量位置表示的具有全球范围适用性的惯性导航算法。避免了横坐标系、格网坐标系极区导航算法中参考椭球模型下曲率半径近似计算带来的误差问题,且不需要在极区算法和非极区算法之间进行复杂的切换。与地球坐标系下惯性导航算法相比,由于高度通道和水平通道的导航解算分开,便于通过阻尼抑制高度通道的误差发散问题。分别建立了高度通道和水平通道的误差微分方程,对极区和非极区惯性导航进行了统一的更加精确的误差特性分析。基于实际航海导航试验数据的仿真结果表明,相比横坐标系、格网坐标系极区导航算法,提出的极区导航算法形式简洁易实现,精度略高,且具有全球适用性。     

双惯导联合旋转调制光纤陀螺标度因数误差自校正方法

旋转调制光纤陀螺航海惯导系统中,光纤陀螺标度因数误差会与地球自转角速度耦合产生等效的天向和北向陀螺漂移误差,也会与船体摇摆角速度以及惯性测量单元旋转调制角速度耦合产生短时动态误差,限制了长航时航海惯性导航精度。通过使用两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统进行联合旋转调制,提出一种光纤陀螺标度因数误差在线估计与自校正方法。根据两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统的水平旋转轴空间夹角关系建立观测方程,实现在线估计滤波。半实物仿真结果表明,自主导航过程中光纤陀螺标度因数误差在线估计精度优于1 ppm,利用输出校正方式在线补偿光纤陀螺标度因数误差导致的惯导定位误差,有效抑制了两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统定位误差的增长。实际转台模拟实验中,两套三轴旋转调制光纤陀螺惯导系统300 h纯惯性导航整体定位最大误差分别减小25%和40%。算法采用地心地固坐标系,因此也适用于极区导航情况。     

针对高动态载体应用的高精度捷联惯导姿态算法优化方法

提高高动态条件下捷联惯导姿态算法的解算精度和解算实时性是提高高精度捷联惯导系统实用性能的重要基础。特别是针对高超飞行器等高速高动态载体的高精度实时导航需求,需要采用较高的惯性器件采样率,以提高高动态条件下的姿态解算精度。由于传统捷联指北姿态算法中器件采样率的增加会导致算法运算量的大幅增加,影响算法的实时性。基于此,提出了基于捷联算法优化编排原理的双速姿态解算方法和工程实现编排方法。该方法在增加惯性器件采样率的同时并不会显著增加计算量,能有效满足高速高动态载体的实时性导航解算需求。仿真试验结果表明,在高动态仿真条件下,双速优化姿态编排算法与传统指北算法相比,更能有效满足高动态下捷联惯导算法的实时性和高精度解算要求。     

基于虚拟圆球模型的横向极区导航方法（英文）

为减小传统横向极区导航中地球模型引起的主要误差,通常采用椭球地球模型以及复杂的横向转换。基于惯性导航计算中地球半径与速度密切相关的事实,提出利用"虚拟圆球"模型简化横向转换,通过速度补偿减小因模型简化而导致的原理性误差。在载体位置处以卯酉圈半径为半径,构造了一个"虚拟圆球",提出了基于"虚拟圆球"模型的极区横向导航算法。详细推导了采用"虚拟圆球"模型的改进横向极区导航的姿态、速度和位置微分方程。同时,采用扩张系数来补偿载体的速度。对基于圆球模型、椭球模型以及虚拟圆球模型的三种横向导航方法进行了比较。数值仿真结果表明,该方法简化了椭球模型方法的复杂编排,其导航精度优于传统圆球模型方法,与椭球模型方法一致。     

速率偏频激光陀螺系统速度数值积分算法误差分析与优化(英文)

用时域泰勒级数展开的方法分析了速率偏频激光陀螺惯导系统常用速度数值积分算法的误差。分析显示速率偏频陀螺本身的高速旋转使惯性导航系统时刻处于大角运动条件下。若其旋转轴与比力方向不平行,则常用速度算法的误差不可忽略。提出了速率偏频激光陀螺惯导系统速度算法的优化改进方法。对常用速度算法和提出的算法进行了仿真比较。仿真显示,用泰勒级数展开分析速度数值积分算法误差是可行的;提出的算法能够将速率偏频激光陀螺惯导系统以及其他惯性导航系统在大机动运动环境下的导航精度提高一阶。     

基于伪地球坐标系的捷联惯导全球动基座初始对准算法

由捷联惯导系统建模原因造成的导航误差随纬度升高会被急剧放大,是实现惯导系统全球初始对准所面临的主要问题之一,且现有多种编排方案共存的全球初始对准算法也不利于初始对准算法在全球范围内统一。另一方面,极地地区越来越小的地球自转水平分量,使得极点及其附近的静态自对准是无法实现的,且动基座初始对准也有利于提高导航系统的快速反应能力。基于此,提出了采用伪地球坐标系惯导编排来实现惯导系统的全球动基座初始对准,消除由惯导建模造成对全球初始对准性能的影响,并期望探索一种统一导航编排的全球初始对准算法。最后通过仿真证明了该算法的可行性。     

法向量位置模型下的水下长航时惯性导航阻尼算法

在法向量位置模型的惯性导航力学编排下，提出了一种适用于全球的阻尼算法，在出入极区时可保持阻尼过程的连续性，并且在水下长航时的背景下能够有效提高导航精度。根据法向量位置模型下的惯性导航误差微分方程，分别在垂直通道和水平通道中设计了阻尼网络，水平通道实现了基于法向量位置模型的三阶无静差阻尼算法。基于北极实际航行数据的仿真试验结果表明，提出的阻尼算法同时适用于极区与非极区，抑制了周期性振荡，定位的归一化误差最大值相比于无阻尼系统大约减小了47%。     

基于双轴旋转惯导的舰船航向误差动态评估方法

针对无外界参考航向信息情况下的舰船航向误差实时动态评估问题,提出一种基于双轴旋转惯导的动态评估方法。通过对比分析引起双轴旋转惯导航向误差和纬度误差的传播规律,建立了双轴旋转惯导纬度误差和航向误差之间的关联性模型。根据二者之间的关联性模型,在可获取外部参考位置信息的条件下,利用双轴旋转惯导纬度误差对航向误差进行实时动态估计与补偿,实现了基于双轴旋转惯导的舰船航向误差动态评估。仿真结果验证了所提出的基于双轴旋转惯导的舰船航向误差动态评估方法有效性:通过对双轴旋转惯导航向误差进行估计与补偿,双轴旋转惯导航向误差最大值约为0.28',标准差约为0.0808',满足高精度舰船惯性导航系统航向精度的动态评估需求。