机载惯性/天文组合导航技术综述

分析了惯性／天文组合导航的基本原理。针对航空机载应用平台,介绍了国内外天文导航设备和惯性／天文组合导航系统的研究现状,分析了我国在该领域的技术差距,探讨了未来机载惯性／天文组合导航技术的发展方向。     

天文/惯性组合导航模式研究

简要分析了惯性导航及天文导航系统的工作原理和特点，根据以自主惯性导航为主发展的组合导航系统的方向，提出天文/惯性组合导航系统不同的组合模式，重点探讨了直接校正陀螺漂移的天文/惯性导航新的组合模式并进行理论分析。     

基于自适应滤波的天文惯性组合导航技术

以天文测星获取的Psai角为量测信息进行天文惯性组合导航时,Psai角由天文测星高度差经二阶矩计算而来,故Psai量测信息噪声统计特性不再服从高斯分布,对天文惯性组合导航效果产生消极影响。针对上述问题,提出基于自适应滤波的天文惯性组合导航技术,通过对量测噪声协方差矩阵采用自适应加权调整方法,降低噪声非高斯特性对组合导航误差抑制效果影响。基于天文惯性组合导航设备试验数据,对比Psai角量测噪声高斯近似和自适应处理两种方法下的组合导航位置误差抑制效果。试验表明：Psai角量测噪声自适应滤波处理比高斯近似具有更好的位置误差抑制效果。因此,应用基于自适应滤波的天文惯性组合导航技术对惯导误差估计有较好效果,有利于天文惯性组合导航技术的工程应用推广。     

机载惯性/天文组合导航研究

为了满足军用机载平台导航系统对自主性、抗干扰、长航时、高可靠性的要求,设计了一种机载／天文组合导航系统。该系统以激光捷联惯导系统为核心,辅以自主性高、可靠性高的天文导航系统。试验表明,采取一定的技术措施,定位精度有望达到500m,定向精度有望达到30″。     

一种新的惯性／天文组合导航方法研究

针对传统的惯性／天文组合定位定向法不能有效修正惯性导航系统传感器误差所造成的导航误差，研究了一种新的惯性／天文组合导航方法。利用天文导航系统的量测，在初始对准后估计并补偿加速度计偏置误差，在组合导航过程中闭环修正陀螺漂移误差，进而提高组合导航的姿态、速度及定位精度。仿真结果表明了该方法的有效性，并通过与传统组合方法仿真结果的比较，证明了此方法的优越性。     

基于速度阻尼的天文／惯性组合导航技术研究

简要介绍了天文／惯性组合导航系统的基本原理,采用速度阻尼技术阻尼惯性导航系统的舒拉周期误差,为天文导航系统提供高精度的姿态信息,从而利用天文导航信息估计补偿惯性导航系统的陀螺漂移,同时,速度阻尼克服了天文导航不能估计补偿加速度计误差的缺点,使天文／惯性组合导航的各种误差得到补偿修正,解决了天文／惯性组合导航长航时导航条件下导航精度不高的问题;对研制的天文／惯性组合导航系统远洋航行的数据进行半物理仿真,仿真分析结果表明：基于速度阻尼的天文／惯性组合导航技术可以实现天文／惯性组合导航系统的长航时高精度组合导航。     

天文导航航向误差的数理分析

天文导航的航向误差与水平基准、载体位置的精度密切相关,以天文导航三角形的物理意义分析了天文导航测定航向的原理,推导了天文导航测定航向的精度与水平基准误差、载体地理位置误差等环节之间的公式,为天文导航仪器选择测量天体和提高精度提供了理论依据.     

天文导航光电测星能力的计算方法

天文导航可全面地提供位置、航向、姿态和速度等核心导航信息,特别是在复杂电磁环境下,发挥着独特的重要作用。测星能力是天文导航设备的核心指标之一,提出了光电通道测星的信噪比和调制度的计算公式和参数选取说明,给出了短波红外测星设备的计算实例和实测结果,结果表明短波红外测星可显著延长测星时段。     

天文/卫星组合点校捷联惯性导航系统算法研究

捷联式惯性导航系统通常采用卫星导航系统的位置、速度信息对惯导解算误差进行校正,但对于水下载体惯性导航系统而言,由于只能获得点位置信息,对惯导的校正精度以及校正参量有限。针对上述问题,提出了基于天文/卫星组合校正捷联式惯导技术,通过卫星精确定位信息和天文快速观测信息,全面修正惯导系统误差、提高导航精度。仿真结果表明,基于天文/卫星组合校正算法对惯导进行校正,相对于传统校正算法精度可提高约50%。     

基于地心地固系的极区惯性/卫星组合导航算法

针对“游移系组合+格网系或横向系输出”体制下极区惯性/卫星组合导航系统输出位置误差不断发散的问题,通过分析和验证横向系或格网系位置误差发散机理,推导地心地固系（Earth-Centered-Earth-Fixed System,ECEF）下的惯导编排方案和惯导误差方程,设计ECEF系惯性/卫星组合算法,解决格网系或横向系输出位置误差发散问题,为惯性/卫星组合体质下超长航时横向系或格网系输出全球导航打下基础。根据惯导和卫导数据,对比分析游移系惯性/卫星组合算法和ECEF系惯性/卫星组合算法,验证ECEF系惯性/卫星组合算法避免位置误差发散的有效性,结果表明ECEF系下组合方案可较好地避免极区导航输出信息转换引入的位置误差发散问题,实现极区高精度长时间组合导航。     

机载北斗/GPS/SINS组合导航系统软硬件设计

针对单一导航导航系统在导航精度、稳定性、设备成本以及导航信息完备性等方面的局限性,设计了卫星导航/惯性导航组合导航系统。针对GPS导航系统受制于人及北斗导航系统发展尚不完善的特点,提出了基于北斗/GPS/SINS的军用机载组合导航系统软硬件设计。搭建了北斗/GPS/SINS组合导航系统硬件平台,采用基于不确定度的加权平均数据融合算法提高组合导航系统的导航可靠性和准确性。仿真结果表明,该组合导航系统稳定性好,可靠性高,定位准确。     

旋转调制捷联惯导激光陀螺仪误差自补偿新方法

基于旋转调制的自补偿技术是进一步提高激光陀螺仪捷联惯导系统导航精度的有效方法。研究了旋转调制捷联惯导系统中的激光陀螺仪误差补偿方法。建立旋转式捷联惯导系统激光陀螺仪的误差传播方程,分析激光陀螺仪旋转误差效应及误差传播特性,在此基础上建立了调制策略编排目标函数;研究了双轴交替旋转调制模式下的调制策略编排方案,提出了一种改进的16次序双轴交替旋转调制方法,建立了基于双轴转动角速度的动态误差方程,实现了转动过程中激光陀螺仪的常值项误差、标度因数误差、安装误差的有效补偿,进一步抑制速度误差积累所引起的位置误差。仿真结果验证了该方法的有效性,提高了捷联惯导系统导航精度,可为旋转调制光学捷联惯导系统设计提供理论参考。     

机载光电系统的目标定位研究

为了解决光电系统的目标定位问题,提出了一种机载光电系统的自主定位方法.利用齐次坐标变换方法推导了机载光电目标从光电平台极坐标系到WGS-84大地坐标系的转换方程;采用工程实例进行了机载光电系统的目标定位误差分析.分析结果表明,该方法可以减小定位误差,获得较高的定位精度,满足对海上或陆上目标定位的需求.该方法实现简单,具...     

基于GPS的车辆定位监控系统

针对车辆被盗、非授权驾驶等车辆安全问题和公车私用现象,提出基于GPS技术实时地进行车辆跟踪和定位,实现车辆轨迹汇报、防盗等功能。在Linux环境下,使用C语言编写了一套简单的车辆定位系统,系统采用GPS模块,实时地采集车辆的经纬度、海拔高度、车辆行驶速度等信息,实现了车辆定位信息的记录、输出、锁定、打印功能,并通过TCP协议将车辆监控数据上传到网页上,实现让监控人员可以清晰地查看车辆行驶状况的功能。并使用QT设计了一个显示界面输出定位信息,同时实现了根据时间将符合条件的定位数据进行筛选的功能。     

基于粒子滤波的INS／GPS组合导航滤波算法

针对INS／GPS组合导航系统中噪声统计特性不准确时,现有的卡尔曼滤波工作性能会降低的问题,提出了一种基于粒子滤波的INS／GPS组合导航滤波算法。仿真结果表明该算法能有效降低统计特性不准确对系统造成的不利影响。     

车载光学测速仪/惯性组合导航定位定向系统研究

车载定位定向技术是指车上导航系统在载车行驶过程中精确确定其所在位置的地理坐标、北向方位及姿态角,为陆基导弹等武器的机动发射提供参考基准。对惯性定位定向系统的各种误差(包括陀螺和加表的随机漂移)进行误差分析建模,将光学测速仪的速度作为观测量,利用卡尔曼滤波技术,估计补偿惯性定位定向系统的各种误差,包括位置、速度、姿态和航向以及惯性器件误差等,最终实现系统的高精度组合导航。对山区泥石路和高原泥石路跑车试验结果进行统计分析发现,组合导航精度在15m以内,满足炮兵车陆基导弹等武器机动发射的使用需求。     

基于逐步回归分析的激光惯导温度补偿研究

针对激光陀螺惯导的温度补偿,将影响激光陀螺零偏的各种可能的变量作为零偏补偿的状态变量,利用逐步回归分析方法,挑选出对零偏贡献较大的显著变量,建立精准的数学物理模型,并对实测的激光陀螺进行温度补偿建模。结果表明,温度变化率以及与温度的交叉积对温度补偿模型的影响不显著,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,提高了陀螺的精度。     

硬X射线微米探针高精度样品定位系统

介绍了上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U1)的高精度样品定位系统。该系统由离线样品显微镜系统、在线样品实验系统和高精度定位样品架三部分组成。通过编译控制程序、样品架定位、坐标转换,将样品的在线X射线荧光成像实验和离线显微镜观察进行有效结合,首次在国内同步辐射装置上实现样品在微米范围内的快速离线定位。该系统帮助科研工作者在利用微束X射线研究物质微区特征时,快速准确地寻找微区研究对象。利用金网进行X射线荧光成像实验,对比离线高倍显微镜下金网各结点的坐标,对样品定位系统的精度进行验证。结果表明,该样品定位系统在X方向的平均误差为1.3 μm,Z方向的平均误差为2.5 μm。该系统不仅简便快速、准确可靠,节约宝贵的实验时间,也为同步辐射微聚焦线站开展样品自动对焦方法提供技术前提。     

基于捷联式光纤陀螺的工程结构三维形变测量方法

提出了利用捷联式光纤陀螺进行水下管道三维形变的测量方法,对这一方法的测量原理进行了详细阐述,并利用坐标转换、姿态矩阵求解、形变的计算等方法给出了详细的数学模型及算法。另外,针对惯性传感器和测量系统给出了减小误差的措施,以提高测量精度。     

精密检测平台定位误差自适应补偿技术

为了实现光学元件精密检测平台定位误差的自适应补偿,以保证在不同的检测环境中平台能够自行保持高精度,提出了基于检测环境监测和支持向量回归机的定位误差自适应补偿方法。首先,以多组检测环境中温度、湿度和气压的具体测量值作为训练数据,利用支持向量回归机建立定位误差最大值的预测模型,进行最大值预测。然后,将最大值同温度、湿度、气压等环境因素和位置信息一起作为训练数据,迭代使用支持向量回归机,建立任意位置定位误差预测模型。最后,将预测到的定位误差值传入检测平台控制器中进行补偿。应用雷尼绍激光干涉仪,温度、湿度和气压传感器等仪器设备,在光学元件精密检测平台上进行了具体实验。实验结果表明该技术切实可行,预测数据与实测数据差值绝对值的平均值为0.88μm,Pearson相关系数的平方为0.99,自适应补偿后平均定位误差由43μm降为1.4μm。