一种可用于运载火箭的SINS/GNSS自主导航方案

研究了一种可用于运载火箭的SINS/GNSS自主导航方案。起飞前捷联惯组采用基于惯性系重力加速度积分的解析粗对准和卡尔曼滤波精对准,起飞后采用SINS/GNSS卡尔曼滤波组合导航反馈实时修正姿态、速度和位置。仿真结果表明捷联惯组水平自主对准误差0.01°,方位自主对准误差1.5°,起飞后经组合导航修正后的姿态误差小于0.2°,速度误差小于0.4m/s,位置误差小于40m,考虑所有误差的蒙特卡罗仿真结果满足火箭入轨精度要求,此方案具有较高的工程应用价值。     

粒子群算法优化的捷联罗经初始对准方法

初始对准是惯导系统的关键技术,罗经法对准是实现捷联惯导系统初始对准的重要手段。罗经对准回路的参数选择直接影响对准结果的好坏。对于不同的捷联惯导系统,罗经回路的最优参数也是不同的。传统的方法是根据经验以及大量的反复试验确定罗经对准参数,不能保证对准参数为最优。针对此问题,提出以水平罗经对准回路阻尼振荡周期T_(d1)和航向罗经对准回路阻尼振荡周期T_(d2)为寻优目标,用粒子群算法对参数(T_(d1),T_(d2))进行寻优的方法,以确定出满足条件的最优对准参数,从而提高捷联罗经初始对准的性能。实验结果表明:粒子群算法能够快速、准确地搜索出罗经对准回路的最优参数,提高捷联罗经对准的性能。将粒子群算法应用到捷联罗经初始对准中是有效的。     

捷联惯导系统罗经法自对准

研究了摇摆状态下捷联惯导系统罗经法自对准技术,设计了水平、方位精对准参数以及基于MATLAB／SIMULINK的参数分析系统,最后进行了基于VC＋＋6．0的捷联惯导系统罗经法自对准的软件设计、仿真分析与精度评估。仿真结果表明,罗经法自对准在不同海情、不同初始姿态误差角、全方位、带量化误差的条件下均具有较高的对准精度、较好的快速性和动态品质,能够满足捷联惯导系统在摇摆基座下实现自对准的要求,同时为下一步的工程应用提供了依据。     

基于外参考速度辅助的行进间罗经法对准

为实现行进间罗经法对准,将外参考速度引入,同时设计不同机动方式下的罗经法控制回路参数调节规律提高对准精度、缩短对准时间。首先分析线运动对罗经法对准造成的影响,设计基于外速度辅助的行进间罗经法对准方案;然后利用对准回路传递函数进行误差分析,分析不同机动给对准精度造成的影响;最后提出不同机动方式下的罗经法对准回路控制参数设置规律。仿真结果表明基于外速度辅助的行进间罗经法对准能有效完成捷联惯导在匀速直线运动中的对准。根据设置规律调节对准回路中的控制参数,可以抑制80%以上由载体摇摆造成的低频干扰,将航向误差的振荡幅值降低为原来的1/2,有效提高了对准精度。     

移动卫星天线指向矢量辅助组合导航系统方法

为弥补SINS/GPS组合导航系统姿态角误差可观测性差的缺陷,根据移动载体卫星天线捕获通信卫星后通过自搜索实现精确对准卫星的原理,提出增加天线指向矢量信息(SAPV)的方位角和俯仰角信息为系统观测量,用于辅助SINS/GPS组合导航系统.根据SINS/GPS组合导航系统数学模型对姿态角误差的可观测性进行了分析,并对SAPV与组合导航误差之间的关系进行了详细数学推导,证明了SAPV辅助组合导航系统的可行性,建立了SAPV辅助组合导航系统的数学模型,采用联邦滤波器进行数据融合.仿真结果表明,SINS/GPS组合导航系统通过SAPV辅助,方位角误差估计精度提高了1个数量级,小于10′,水平姿态角误差估计精度略有提高,小于2 ′.该方法充分利用了天线通过自搜索完成精确对准卫星后的高精度指向信息,无须添加任何硬件系统,通过简单可靠的信息融合算法即可达到提高载体姿态测量精度的目的.     

基于多项式拟合的抗扰动纬度估计和粗对准方法

针对纬度未知条件下捷联惯导系统(SINS)扰动基座下初始对准问题,提出了基于惯性系比力积分及多项式拟合的纬度估计与粗对准算法。首先,基于惯性系和姿态阵链式分解,隔离角晃动;其次,通过比力积分,平滑高频线运动干扰和加速度计噪声;最后,对比力积分进行以时间为自变量的三次多项式拟合,进一步抑制线运动干扰,同时根据拟合参数实现纬度估计和粗对准。转台摇摆对准实验结果表明,高精度光纤捷联惯导系统采用该算法可以在1 min内实现纬度估计和粗对准,纬度估计精度优于0.2°(RMS),以静基座对准后姿态保持结果作为摇摆状态姿态参考时,水平姿态角相对偏差小于0.001°(RMS),航向角相对偏差不大于0.07°(RMS),可满足粗对准工程应用的快速性和精度要求。     

伪静态环境凝固惯性系快速对准算法（英文）

惯性导航系统在开始工作时需要进行初始对准从而确定初始姿态。提出了一种与经典的对准算法如陀螺罗经或卡尔曼滤波技术不同的凝固惯性系快速(IF3)对准算法。可在任意初始误差条件下进行对准,且能适应高频扰动环境。将姿态矩阵分解成地球自转、惯性速率和对准矩阵三个部分。对准矩阵依靠两组分别处于不同惯性系里的观测向量确定。通过采用前置平滑滤波、层叠采样和二重积分技术,对准精度显著改善。在载车发动机怠速运行和人员上下车扰动条件下,60 s 对准误差优于 1 mil (1s ),180 s 对准误差优于 0.6 mil(1s ),300 s 对准误差优于 0.4 mil(1s )。实验结果证明了 IF3 对准算法的快速性、准确性和鲁棒性。     

一种SINS/里程计行进间初始对准及杆臂补偿算法（英文）

针对车载捷联惯导系统(SINS)的动基座初始对准问题,提出了一种里程计辅助的SINS行进间初始对准算法,同时提出了一种针对里程计输出特点的改进的杆臂误差模型,对安装杆臂进行精确估计和补偿。首先,通过对系统进行全局可观测性分析,提出了一种先对里程计刻度系数误差和SINS安装误差角进行标定,再对杆臂及其他系统误差项进行标定的动基座初始对准方案。通过提前标定里程计刻度系数误差和SINS安装误差角,简化了系统误差方程,提高了初始对准效率。然后,推导了SINS/里程计航位推算算法误差方程,并设计了Kalman滤波器来实现初始对准。最后,进行了计算机仿真及跑车试验。仿真结果表明该算法对杆臂的估计误差降低了10%以上,同时提高了姿态误差角的估计精度,跑车实验验证了该算法的有效性。     

舰船平台上一种改进的传递对准方案设计与仿真

为了提高舰船惯性导航系统在动基座下的传递对准的精度和快速性,针对舰船平台的应用特点,采用卡尔曼滤波器对主、子惯导的"速度加角速率"参数的误差量进行滤波估计并进行了算法设计。运用卡尔曼滤波器的平滑算法改善传递对准的精度。针对卡尔曼滤波器平滑算法会降低对准速度的缺点,在只损失一小部分精度的前提下,创新性的采用卡尔曼滤波器的降阶算法提高了对准速度。通过Matlab软件对卡尔曼滤波器算法、卡尔曼滤波器平滑算法和卡尔曼滤波器平滑加降阶算法的速度误差和姿态误差分别进行了仿真。仿真结果表明,"速度加角速率"匹配传递对准改进算法具有稳健的对准精度和快速性,有一定工程应用参考价值。     

极点配置对SINS罗经对准性能影响

分析了罗经对准基本原理。基于常见的几种罗经极点配置方案及其对准性能与不足,将一个二阶振荡环节和一个临界阻尼环节相串联,把4个极点配置在同一个圆上,得到一种新的极点配置方案。该配置方法既保证了对准算法的快速跟踪性能,又兼顾对准精度。采用车载晃动对准数据和风扰条件下的车载导航数据,比较了不同极点配置的对准效果。试验说明,新的极点配置方案可以跟踪载体低频姿态角变化,在180 s内完成SINS对准过程;该方法能够克服大风扰动影响,提高SINS晃动基座对准精度。针对大失准角条件下的对准问题,通过相平面分析证明,罗经回路产生的非线性罗经驱动力矩同样可以将数学平台驱动到导航坐标系,实现大失准角条件下的快速对准。     

基于大失准角时变参数罗经初始对准算法

为了解决大失准角条件下的捷联惯导初始自对准问题,通过分析捷联惯导系统大失准角误差模型,利用平台惯导系统罗经对准原理,提出了一种新的捷联惯导系统罗经对准方案。该方案的具体实现划分为三个阶段:方位角未知情况下的水平对准;大失准角时变参数罗经方位对准;定参数罗经对准。该方案通过实时调节罗经参数缩短了对准时间;利用大方位失准角模型代替小失准角模型,在算法收敛阶段更加准确地描述了捷联惯导系统的误差传递方式。仿真试验表明,使用陀螺随机漂移稳定性为0.01(°)/h的捷联惯导系统,该对准方案能在60 s内方位精度到达1°,并能在对准结束时达到3’的方位对准精度。     

捷联惯导角速度匹配传递对准方法研究

潜器用SINS在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时，主惯导与子惯导之间不仅会因安装而产生常值失准角，而且会因为舰体的变形产生不确定失准角。用二阶马尔可夫对舰体变形进行了建模，并对角速度匹配传递对准方法进行了研究。计算机仿真验证了舰体变形模型的可行性，角速度匹配传递对准方案可以有效、快速地为潜器提供高精度的导航姿态基准。     

一种单轴旋转捷联惯导系统抗晃动快速自对准方法

为满足对惯导系统的快速反应和高精度要求,针对单轴旋转捷联惯导系统,提出了一种抗晃动快速自对准方法。在捷联惯导单轴往复旋转的基础上,首先采用一种抗晃动基座粗对准方法完成初始航姿的计算,然后在粗对准的基础上,采用一种惯性系下速度为观测量的闭环Kalman滤波方法完成精对准。实际车载试验验证表明,在总对准时间不大于300 s的情况下,该方法下系统航向对准精度优于1′/cos(RMS),水平对准精度优于0.2′(RMS)。该方法算法简单,计算量小,应用于单轴旋转捷联惯导系统时对准速度快,精度高,具有很好的工程应用价值。     

车载捷联惯导系统静止条件下的初始对准方法研究

根据捷联惯导系统(SINS)的误差模型，从提高初始对准中卡尔曼滤波估计的可观测性和可观测度的角度出发，提出了同时利用加速度表的输出和速度误差量这两种信息作为卡尔曼滤波的测量量，对陆地车辆捷联惯导系统在静止条件下进行初始对准。可观测性定性分析、可观测度定量计算和仿真结果都表明，充分利用外部可观测信息，可以提高系统的可观测性和可观测度，加快初始对准的速度，减小估计误差。该方法已经在实际的SINS中得到应用。     

舰船单轴旋转激光捷联惯导系统动态初始对准

初始对准的时间和精度是舰船惯导系统的重要指标。针对在不同情况下惯导系统启动的实际工程需求,提出了单轴旋转激光捷联惯导系统的初始对准方案。研究了系统在动基座情况下进行粗对准方法。建立了单轴旋转惯导系统的误差模型,使用卡尔曼滤波的方法实现了系统精对准过程。分别对惯导系统三种不同动态启动条件,设计了不同的对准方案。数字仿真结果表明,经过6h的初始对准,垂向陀螺常值漂移的对准误差在设定值的5.2%以内,垂向加表零偏的对准误差在设定值的1.8%以内。     

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。     

动态结构耦合性分析方法在导航系统中的应用

把将MIMO控制系统中的动态结构耦合性分析方法应用于导航系统中，并以平台罗经和惯导系统初始对准方程为例，说明了本方法可以揭示输入、输出变量中的最佳配对关系，为导航系统解耦分析、简化参数设计提供了依据。     

基于NPF-CKF的捷联惯导系统动基座初始对准技术

当海况不佳时,水下航行器大幅晃动,捷联惯导系统无法快速完成自主初始对准,因此提出了利用多普勒计程仪提供的速度信息进行运动中辅助对准。针对在非线性对准中扩展卡尔曼滤波存在精度低,且需要计算雅可比矩阵等不足,提出了一种基于非线性预测滤波的求容积卡尔曼滤波算法。该滤波算法将惯性器件测量误差作为模型误差使用非线性预测滤波器进行实时预测,然后再利用求容积卡尔曼滤波对模型误差补偿后的系统进行状态估计。仿真结果表明,与扩展卡尔曼滤波和求容积卡尔曼滤波算法相比,该滤波算法能够不仅提高失准角特别是方位失准角的估计精度,其精度约为45″,而且加快了收敛速度。同时由于该滤波算法降低了系统状态的维数,因此也大大减少了计算量。