基于简化模型与自适应滤波的车载SINS静基座快速对准

为了实现捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System,SINS)快速初始对准,根据已有可观测性分析结果,通过理论分析和计算得到了扩展观测量时初始对准系统最优可观测状态量组合,在此基础上简化了对准模型,建立了新的系统方程。针对载车发动机启动或其他情况导致系统噪声无法精确统计,提出了运用基于强跟踪滤波原理的自适应卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法抑制滤波发散,加快收敛速度。仿真结果表明运用简化模型和自适应滤波在系统噪声不匹配时具有更快的收敛速度和更高的对准精度,车载实验结果也表明运用简化模型和自适应滤波可以实现快速对准。     

EMD阈值滤波在光纤陀螺漂移信号去噪中的应用

光纤陀螺(FOG)的漂移输出经常淹没在噪声中,直接建模补偿漂移信号非常困难,提出基于经验模态分解(EMD)的阈值滤波方法(EMD-T)对漂移信号预处理。为了提高EMD分解的精确度,基于噪声传播模型引入一种有界噪声辅助分析的方法,将漂移信号中幅值小、频率高的噪声信息压缩至低阶本征模态函数中。为了验证算法的有效性,采集一款干涉型FOG的静态漂移输出作为测试信号,将EMD-T与基于小波包变换(WPT)和常规EMD(CEMD)的阈值滤波方法进行了对比分析。仿真结果及Allan方差分析表明,EMD-T较WPT和CEMD滤波性能有显著的改善,经EMD-T处理后,漂移信号的量化噪声(Q)和角度随机游走(N)分别由0.7862μrad和4.58×10-3(°)·h-1/2下降至0.1340μrad和9.03×10-4(°)·h-1/2。     

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。     

速率偏频激光陀螺导航系统初始对准方法研究

对速率偏频激光陀螺导航系统在静基座条件下的初始对准方法进行了研究,提出了一种高精度静基座初始对准方案。该对准方法考虑并利用了速率偏频激光陀螺导航系统的结构特点,由加速度计的输出得到俯仰角和横滚角,基于四元数的理论思想得到航向角。根据实际情况仿真分析了几种主要的误差因素对对准精度的影响,并给出了相应的解决方法,仿真结果证实了该方法的可行性。     

激光陀螺滤波评估方法研究

在现有硬件的基础上,通过滤波等软件算法来提高激光陀螺捷联惯导系统对准和导航精度是目前国内外学者所公认的。为了对激光陀螺滤波前后的效果进行准确、定量的评估,设计了Allan方差分析算法,开发了对准-导航及精度分析评估软件,分别从元件级、系统级对其展开了研究,并结合具体激光陀螺捷联惯导设备对其进行了实验验证。     

基于小波-ARMA模型的光纤陀螺自适应滤波

针对光纤陀螺输出是非平稳信号的特点,提出了小波-ARMA模型建模方法 ,并与ARIMA模型进行了对比分析;针对滤波方程中的量测噪声不能确定的问题,提出了基于量测噪声自适应的滤波方法,并与卡尔曼滤波进行了对比分析。研究结果表明:滤波方法相同时,小波-ARMA模型的滤波效果优于ARIMA模型;模型相同时,自适应滤波效果优于卡尔曼滤波;且建模精度大于滤波方法对滤波效果的影响。Allan方差分析表明:基于小波-ARMA模型的自适应滤波能很好地滤除光纤陀螺中的量化噪声,提高陀螺的输出精度。     

光电跟踪伺服系统中光纤陀螺滤波算法的应用

光纤陀螺作为光电跟踪伺服系统速度稳定回路的反馈测量元件,它的输出噪声直接影响伺服系统低速跟踪情况下的控制精度。抑制陀螺的输出噪声是改善伺服系统低速特性的有效手段之一。采用了一种简化的卡尔曼α-β滤波算法,使伺服系统的低速精度指标由原来采用移动平均滤波的0．0052°／s提高到0．0026°／s。实验证明,该算法可以有效地改善伺服系统的跟踪特性。     

基于姿态跟踪的LINS晃动基座初始对准

为了提高激光捷联惯性导航系统在晃动基座上的初始对准准确度,将惯性仪表数据的低频波动看作载体真实姿态晃动的反映,采用对准算法跟踪这种姿态变化.粗对准在惯性坐标系进行,利用惯性系对准对姿态变化敏感的特性,跟踪载体姿态角变化,确保粗对准误差为小角度;精对准采用标准Kalman滤波,避免了复杂的非线性算法,将两个水平加速引入Kalman滤波的量测向量,利用水平加速度对姿态角变化的敏感性,提高了Kalman滤波对准算法跟踪载体姿态变化的能力.提出了一种晃动基座对准准确度的考核方法,通过激光捷联惯性导航系统车载晃动对准和跑车试验,表明所提对准算法可以在风扰、发动机工作、人员晃动等干扰条件下,实现自对准,对准时间180s,对准重复性为0.04°,跑车水平定位误差达到770m/h,满足高准确度惯性导航设备要求.     

捷联惯导系统中卡尔曼滤波的应用研究

为提高捷联惯导系统初始对准精度,提出将卡尔曼滤波技术应用于系统初始精对准,用以估计系统的失准角和惯性误差。对卡尔曼滤波技术在捷联惯导系统中的应用进行分析,建立捷联惯导系统初始对准误差模型和卡尔曼滤波量测方程。分析不同条件下不同滤波方法的滤波原理和滤波精度。在此基础上,提出一种将预测扩展卡尔曼滤波应用于逆向导航技术的思路,并进行了理论分析和捷联惯导系统自对准流程设计,为后续进一步深入开展惯导系统初始对准奠定基础。     

闭环光纤陀螺滤波算法的分析与改进

为了实现光纤陀螺的工程化,对数字滤波器的结构进行了改进,提出了一种多级抽样率转换器(SRC)与梳状带阻滤波器相结合的滤波算法。把闭环光纤陀螺的信号处理系统分为环内和环外两个部分,环外输出使用了加凯泽-贝塞尔窗的FIR滤波器。介绍了改进算法的优点,给出了新算法的实现方法。使用MATLAB对算法进行了仿真实验。结果表明,改进算法可明显地提高数字信号的处理效率,可保证在采样频率变换的过程中有用信号不会产生混叠,提高了光纤陀螺的精度。     

基于QMEMS陀螺的自适应滤波方法研究

 根据QMEMS陀螺的特性,在对现有卡尔曼滤波方法分析的基础上,根据自适应滤波理论和UD分解理论,提出了一种改进型自适应滤波方法,该方法可去除QMEMS陀螺在采样过程中产生的异常值,并增强惯性导航系统的实时性和稳定性。通过对QMEMS陀螺实际输出数据的滤波仿真显示,该方法去噪效果明显好于卡尔曼滤波方法,利用该方法对QMEMS陀螺的采样数据进行处理,可以为惯性导航解算提供更为准确的数据,提高惯性导航系统的精度。     

小波网络辅助卡尔曼滤波的捷联惯导传递对准

初始对准精度是捷联惯导系统的主要误差来源之一。针对舰载机捷联惯导的传递对准模型准确建模困难,且测量噪声和过程噪声随舰船动态而变化,这样就会降低滤波的精度,卡尔曼滤波有一定的局限性,提出了将小波神经网络辅助卡尔曼滤波器用于惯导系统的传递对准。把能直接影响卡尔曼滤波估计误差的参数作为网络的输入,进过样本训练后,把网络的输出与经过卡尔曼滤波得到的结果相加,实现了捷联惯导的传递对准的滤波功能。这种新算法在实际应用中的非线性情况下优于传统卡尔曼滤波方法。仿真结果表明了其实用性和有效性。     

激光陀螺捷联惯导垂向通道测量研究

在参考国外相关垂向通道测量方法的基础上,提出了垂向速度和升沉位移的测量方法。分析了舰船在海平面上的运动特性,设计了关于高度通道的三阶阻尼网络。假设航行在海平面上舰船的高度为零,对阻尼网络引入外部零高度进行阻尼,得到舰船运动的垂向速度,对速度进行高通滤波,积分高通滤波后的高频速度,得到舰船的垂向位移。在此基础上,利用杆臂效应原理,设计了基于双轴摇摆台的升沉测量检测方法,对激光陀螺捷联惯导做了检测实验,结果表明此设计方法已达到国外相关技术先进水平。     

Sensitivity of intrinsic mode functions of Lorenz system to initial values based on EMD method

Extreme sensitivity to initial values is an intrinsic character of chaotic systems. The evolution of a chaotic system has a spatiotemporal structure containing quasi-periodic changes of different spatiotemporal scales. This paper uses an empirical mode decomposition (EMD) method to decompose and compare the evolution of the time-dependent evolutions of the $x$-component of the Lorenz system. The results indicate that the sensitivity of intrinsic mode function (IMF) component is dependent on initial values, which provides some scientific evidence for the possibility of long-range climatic prediction.     

用单轴转台标定光纤陀螺捷联系统的方法

针对以六面体作为安装支架的三轴光纤陀螺捷联系统,提出了一种用单轴转台作为标定设备的低成本标定方法。六面体支架有3个面为未安装陀螺的平面,需用游标量角器量出这3个面的相互夹角,并根据这3个面建立机体坐标系,在该坐标系下给出了陀螺输出模型。标定时依次将六面体的3个平面贴于单轴转台的台面进行标定实验,推导了光纤陀螺标度因数和安装误差的求解公式。对标定的精度进行了分析,并与传统的方法对比做了实验验证,结果表明该方法可满足系统要求。     

Rapid transfer alignment of laser SINS using quaternion based angular measurement

A novel rapid transfer alignment algorithm for laser strapdown inertial navigation system (SINS) is studied. Transfer alignment have typically relied on velocity measurements from the master SINS as the source of alignment information, but lever arm error must be compensated accurately while velocity information is utilized, all most every quaternion based error model is nonlinear, so nonlinear filtering algorithms are need, suffering from computational complex and large error. Aim at these problems, a novel improved rapid transfer alignment algorithm formulation is presented, applying quaternion to built the process and measurement models, the improvement employs a special manipulation of the measurement equation results in a linear pseudo-measurement equation, thus the classical linear Kalman filter is employed to estimate the state, need not lever arm error compensation, results in the reduce of computational burden. Observability analysis of this new transfer alignment algorithm has been done based on the piece-wise constant system (PWCS) method, results show that the presented algorithm can accomplish the initial alignment task perfectly. A transfer alignment simulation system is also developed for the evaluation and analysis of the presented algorithm, simulation results are confirmed with the theoretical conclusion, which can achieve the transfer alignment accuracy about 1 mrad within 10 s.     

Full investigation of the backscattering in resonator fiber optic gyro

Resonator Fiber optic gyro (RFOG) is a high accuracy inertial rotation sensor based on the Sagnac effect. The optical fiber ring resonator (OFRR) is the key rotation sensing element. The backscattering characteristics of the OFRR are fully investigated. The Rayleigh backscattering dominates the backscattering spectrum with the input power below the threshold. High carrier suppression is crucial to reduce this Rayleigh backscattering error. Being different from the intrinsic Rayleigh scattering of the fiber, the stimulated Brillouin scattering (SBS) in the OFRR should be avoided. This is because the finesse and the resonance notch depth of the OFRR decrease for the pump depletion through the SBS process. The shot noise limited sensitivity (SLS) of the RFOG is improved by increasing the input power. Through analysis, it is found that the threshold input power is improved after phase modulation. The SLS of the RFOG is analyzed at different modulation parameters and its relevant SBS threshold. Accordingly, the optimized modulation frequency and the corresponding maximum input power are all obtained. A simple method of testing the frequency shift in the SBS is also proposed. In this method, the central frequency of the laser source is locked to the resonance frequency of the OFRR in one direction. A steady SBS light is observed and its frequency shift is measured together.     

使用位置环的惯性稳定系统中陀螺漂移误差软件修正方法

针对使用位置环的惯性稳定系统中存在因陀螺固有温度漂移特性引起的系统跟随位置误差,首先提出一种软件修正方法,给出此软件修正方法的理论基础及软件修正的具体实现过程,最后对此修正方法进行了实验验证。实验结果表明：在没有振动的情况下,修正程序能将漂移完全校正,效果良好;在存在振动的情况下,修正程序也能较好地校正漂移,但校正后存在1个或2个码值的误差。     

基于EMD方法的非线性/非平稳时间序列的气候预测研究

目前，大多数统计预测模型均假设时间序列或观测数据是线性和平稳的。然而，自然界的观测资料是非线性和非平稳的，通常很难用这些数学模型预测它们。本文针对这一问题提出了一个新的预测方案，即首先利用经验模态分解方法将非线性/非平稳时间序列平稳化，得到一系列本征模函数(IMF)；其次用均生函数模型预测各IMF分量；最后以所有IMF的预测值为新样本对源序列作最优子集回归模型的拟合及预测。结果表明每个IMF，尤其是特征IMF(即特征层次)比源序列有更高的可预测性。该方案为气候预测开辟了一条新的有效途径。