机抖激光陀螺IMU信号低时延滤波技术研究

在小型无人直升机领域,激光陀螺捷联惯导不仅用于导航,而且用于飞行姿态控制,对激光陀螺捷联惯导的导航精度和实时性都有较高要求。而传统的高阶有限脉冲响应（FIR）低通滤波器对激光陀螺惯性测量单元（IMU）输出信号滤波后会产生较大的时间延迟,使得滤波后信号难以满足系统姿态控制的要求。为了兼顾测量精度和响应时间,研究了一种最小均方（LMS）自适应陷波器与低阶FIR低通滤波器相结合的滤波方法,并在其中引入了无限脉冲响应（IIR）窄带滤波器,解决了抖频参考信号的获取问题。理论分析和试验结果表明：该方法不仅能有效消除抖动偏频信号和外界高频噪声的影响,而且可以显著缩短延迟时间至2 ms,具有很高的工程实用价值。     

捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究

提出采用紧组合方式进行捷联惯导/北斗组合导航设计,首先对捷联惯导与北斗系统进行误差分析与建模,将捷联惯导系统误差、北斗等效时钟误差相应的距离(伪距误差)以及等效时钟频率误差相应的距离率(伪距率误差)作为组合导航系统状态;利用捷联惯导位置输出与北斗接收机星历输出构造获得等效伪距,将其与北斗接收机测量的伪距对应相减作为量测,推导建立对应的量测方程,采用卡尔曼滤波设计捷联惯导/北斗组合导航滤波算法。仿真结果表明,该组合导航方法的速度精度达到±0.05m/s,位置精度达到±3.2m,水平姿态精度达到±0.4′,航向精度达到±1.6′。     

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。     

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。     

激光陀螺捷联惯导的动基座标定

从实际工程应用和维护的角度出发,提出了一种针对舰船在系泊或锚泊条件下激光陀螺捷联惯导安装误差的在线标定方法.该方法依据捷联惯导系统误差方程的基本原理,将标度因数误差、安装误差角、陀螺加速度计常值漂移以及系统基本误差项作为状态变量,用外部提供的高精度经纬度作为观测量,运用Kalman滤波技术估计出激光陀螺和加速度计的常值...     

基于光纤陀螺捷联惯导的载体位姿精密测量

针对大型特种载体位姿测量系统结构复杂、可靠性差、成本高的问题,基于光纤陀螺(FOG)捷联惯导系统(SINS),采用卫星、天文2级组合导航,提出了实现载体导航信息精密测量的新方法,给出了组合导航系统的滤波结构、误差方程、数学模型。数据分析与精度评估的结果表明,采用小型化、高可靠性、低成本的FOG SINS的组合导航方法能够实现载体速度、位姿的精密测量。基于FOG SINS的载体位姿的精密测量方法是实现导航低成本、高性能的一种有效途径。     

一种提高激光陀螺惯导系统精度的方法

为了获得优于0.1n mile/h水平的高精度激光陀螺惯导系统,对控制系统绕单轴转动来补偿陀螺误差的方法进行了研究。分析了补偿的原理,并利用通用的精度为0.4n mile/h左右的机抖激光陀螺捷联惯导系统进行了实物实验,实验结果证明采用单轴转动的方法可使系统定位精度提高到1n mile/24h的水平。     

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%。     

单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移预测方法

轴向陀螺漂移是影响单轴旋转惯导系统导航精度的主要因素。对于轴向陀螺漂移的预测,提出了一种基于支持向量机的算法。利用初始对准12 h内系统纬度误差和温度变化量作为训练数据,构造了以多项式、径向基、小波函数为核函数的支持向量机、最小二乘支持向量机、遗忘因子最小二乘支持向量机,对比了它们用于轴向陀螺漂移预测的泛化性能。试验结果表明:遗忘因子最小二乘支持向量机可有效地用于轴向陀螺漂移预测,具有很高的预测精度,极大地提高了单轴旋转激光陀螺惯导系统的导航精度。     

人工鱼群算法在单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识中的应用

在惯性导航系统中,采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差,而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用,因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移,提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度,利用人工鱼群算法AFSA（artificial fish swarm algorithm）建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型,给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明:AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 /h。     

AR模型辅助SINS／GPS组合导航的实验研究

激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声,可以采用AR（2）模型进行数字滤波来减小其对激光陀螺精度的影响。首先介绍了AR模型,然后利用IMU单元三组陀螺信号的AR（2）模型给出了车载SINS／GPS组合导航系统误差模型,并在GPS的辅助下,对SINS／GPS组合导航进行了实验研究。最后利用Kalman滤波器对车载SINs／GPS组合导航实际测量数据进行了离线的半实物仿真。实验结果表明,采用AR（2）模型辅助的SINS／GPS组合导航系统能够得到较高的姿态精度,并能有效抑制速度误差的发散。     

激光陀螺稳频稳锁区控制参数测试系统

稳频稳锁区控制系统对提高激光陀螺的性能有着重要意义。设计了激光陀螺稳频稳锁区控制系统,并开发了稳频稳锁区控制参数测试系统。结合某型激光陀螺进行了试验验证。结果表明,该系统完全满足陀螺控制系统参数测试的需求,符合陀螺设计指标。     

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.     

激光陀螺捷联惯性导航系统误差分析及仿真计算

激光陀螺随机游走现象的存在，严重影响了捷联惯性导航系统的导航性能。本文用数学分析的方法推导出激光陀螺随机游走造成的系统导航误差标准偏差的解析表达式，以便定量地研究激光陀螺随机游走对系统精度的影响，并提出改进措施。同时按照给定的飞行轨迹和随机游走系数，进行了系统数学仿真计算，对仿真计算结果进行了分析。     

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。     

SINS初始对准中光纤陀螺EMD滤波

为了实现低成本SINS初始对准,降低对准过程复杂程度,提高系统对准精度,缩短对准时间,本文引入了EMD滤波技术。首先,采集IMU输出信号,根据EMD算法将信号分解为IMF簇,按照CMSE标准对信号进行重构,完成信号滤波处理;接着,按照AR模型对经EMD滤波前后的数据噪声进行建模;然后,分别利用原始信号和EMD降噪后信号进行SINS姿态粗对准;最后,根据IMU模型和SINS误差模型,采用零速对准方式,完成SINS精对准。实验结果表明:经EMD降噪后的信号粗对准精度为1.3°,精对准精度为0.87 mrad,精对准收敛时间为200 s。     

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。