基于虚拟圆球法向量位置模型的航海惯导全球容错阻尼算法

水下长航时惯导系统常使用阻尼技术抑制随时间增长的导航误差。针对传统阻尼算法在阻尼切换过程中的不足，提出基于虚拟圆球法向量位置模型的航海惯导全球容错阻尼算法。所提出方法同时具备无阻尼纯惯导解算和阻尼惯导解算，水平阻尼通道采用三阶无静差阻尼算法，外参考速度精度超差时，阻尼惯导的外参考速度替换为纯惯导速度实现等效的无阻尼纯惯导解算，避免了无阻尼切换阻尼后定位误差超调振荡。始终保留一路不受阻尼过程影响的纯惯导解算结果，增强了可靠性。基于北极科考航行数据的仿真试验结果表明，所提出方法抑制了惯导系统周期性振荡误差，定位精度与传统阻尼方法相当，阻尼切换时，比传统阻尼方法定位精度高，均方根减小超过12%。     

格网坐标系下自适应反馈增益阻尼方法

针对格网坐标系下传统阻尼网络参数选择的复杂性和固定性的问题,以及考虑到外速度阻尼时外界速度的有效性,提出了一种自适应反馈增益阻尼方法。首先,设计了一种新的反馈增益阻尼回路。再引入自适应滤波评估外速度信息,从而实时求解阻尼回路反馈增益,使反馈增益具有自适应性,实现阻尼系统周期震荡误差的同时抑制系统超调。最后仿真实验表明,所提出的自适应反馈增益阻尼方法加快了惯导系统误差的收敛速度,能够自主进行不同阻尼状态间的优化切换,而且比传统外速度水平阻尼误差超调量减小了15%,提高了舰船在极区航行时的导航性能。     

惯性导航系统内阻尼改进方法

阻尼技术用于抑制惯性导航系统的周期性误差.传统的阻尼网络参数一般采用试错法确定.针对传统阻尼的方法的若干局限性,如固定的阻尼比、繁琐的网络参数确定过程等,提出了改进的阻尼技术.水平阻尼和方位阻尼网络,均分别由一个与阻尼比呈正比的参数控制,具有一般意义上的通用形式,可以方便地调整所需的参数大小.与传统的阻尼,改进的阻尼方法简化了阻尼网络设计过程,能够抑制超调过渡过程以及减少载体运动的敏感性.仿真结果和实测数据均验证了上述优势.     

高精度惯导系统重力扰动的阻尼抑制方法

重力扰动已经成为高精度长航时惯导系统的主要误差源之一。针对船用高精度惯导系统的重力扰动抑制问题,从舰船INS误差模型出发,推导了重力扰动在惯导系统中的传播特性。仿真结果表明垂线偏差将引起系统较大的舒拉振荡误差。为抑制重力扰动对系统的影响,引入常速度误差反馈阻尼网络和相位超前串联阻尼网络。分析了重力扰动在水平阻尼网络中的传递特性,实现了相应滤波器的设计。在此基础上完成了实验验证,海上试验结果表明,所引入的两种阻尼网络都能够阻尼掉重力扰动引起的舒拉振荡型导航误差,其中,相位超前串联阻尼网络效果更优,抑制率达到70%以上。     

基于互补滤波的惯导系统水平阻尼网络设计

Schuler振荡阻尼技术是提高惯导长期工作精度的关键技术之一。针对采用低阶阻尼网络的惯导系统抑制高频和低频参考速度误差难以兼顾的问题,基于互补滤波思想,提出一种高阶水平阻尼网络设计方法。将两个采用低阶网络、分别具有优良高频和低频特性的Schuler回路通过一对互补滤波器进行组合,形成双Schuler回路组合系统。它等效于采用某高阶网络的单Schuler回路,该回路对高频和低频参考速度误差的衰减率可同时达到40 dB/10 deg或更高。计算机仿真和海上试验结果均表明:采用所设计高阶网络的系统对参考速度误差兼有优良的高频和低频滤波特性,综合滤波性能优于采用低阶阻尼网络的系统,具有工程应用价值。     

基于水平阻尼的星光/惯性组合校准技术

根据星光/惯性组合导航系统舰载使用特点,考虑以SINS、CNS、LOG三者组合,设计组合校准方案。在SINS/CNS/LOG组合过程中,利用惯导系统的短期高精度特性,设计基于水平阻尼的卡尔曼滤波器对惯导舒勒周期进行补偿。星光/惯性组合校准技术建立在水平阻尼基础上,借助星光导航的航向和位置信息完成惯导位置误差、失准角和陀螺漂移的修正,从而实现组合系统长航时、远航程高精度导航。最后通过仿真对比试验验证星光/惯性组合导航系统校准方案的有效性。仿真结果表明:SINS/LOG组合后,惯导24 h位置误差CEP≤1.48 n mile,且位置误差会随时间积累;而SINS/CNS/LOG组合系统采用星光信息24 h一点校方案,第一次和第二次点校后,48 h和72 h惯导位置误差CEP≤0.5 n mile。由此可见,采用星光信息后,该组合方案能够显著提高惯导导航精度,达到延长惯导系统重调周期目的。     

阻尼网络作为干扰项的指北方位惯导统一控制方程

为更加简捷高效地实现惯导计算机的程序编排,提出了一种新的指北方位惯导系统统一控制方程.通过改变系统控制方块图的结构,将无阻尼惯导系统和阻尼网络人为分离,阻尼网络的输出可视为系统的干扰项.系统控制方程始终采用无阻尼条件下的表达式,惯导系统控制方程和阻尼网络可以实现模块化设计,使控制方程的实现形式和推导过程大为简化.无阻尼...     

高精度平台惯导系统空中数学修正方法

设计了鲁棒性能较好的H∞滤波器对惯导误差进行估计，设置两条导航解算通道，在组合通道内，采用数学方法对惯导系统位置误差、速度误差和水平失调角误差进行了修正。仿真表明，修正后的一定时间内效果与传统闭环修正相当。数学修正方法避免了传统闭环修正通过平台施矩进动消除失调角可能带来的风险，既提高了组合导航精度，又保证了修正后导航系统的可靠性。     

基于UT变换H_∞滤波的舰船导航系统高度阻尼方法

舰船导航系统发展水平直接关系到全舰作战效能,而高度阻尼是其中的一个重要问题。为解决纯惯导高度通道发散问题,设计了INS/GPS三阶组合高度阻尼网络,并结合滤波算法对影响测高精度的各主要误差源进行阻尼。基于欧拉平台误差角概念,建立了适用于任意失准角误差条件下的非线性误差模型。结合H∞理论和UT变换,推导出一种具有较强鲁棒性的基于UT变换H∞滤波算法。最后,通过数学仿真验证了舰船导航系统高度阻尼效果。仿真结果表明,基于UT变换H∞滤波的舰船导航系统高度阻尼方法能够有效地抑制高度通道发散,高度阻尼精度与外观测信息精度相当。     

基于速度阻尼的双轴旋转式激光陀螺捷联惯导标定方法

惯性元件参数的长期稳定决定着惯导系统的精度,目前对于激光陀螺捷联惯导系统(RLG-SINS)主要是采用系统级旋转调制技术来实现高精度导航能力,同时系统级旋转也提高了初始对准精度以及惯性元件误差的可观测性。针对激光陀螺惯导系统惯性元件误差项的特点,同时结合分立式标定与系统级标定各自的优势,设计了一种水平阻尼模式下的Kalman滤波方案,利用双轴旋转机构,通过观测导航位置误差来实现初始对准以及部分惯性元件误差参数的标定,可以有效地减小惯性元件逐次启动误差对导航精度的影响。仿真结果表明,系泊状态零速度阻尼模式下工作4 h,可以标定出石英加速度计标度因数误差、零偏与激光陀螺零偏,共计9项误差参数。加速度计零偏估计误差小于2%,陀螺零偏估计误差小于8%,误差估计精度满足高精度惯性导航要求,该方法具备一定的工程实用性。     

陆基巡航导弹四组合制导系统仿真研究

对陆基巡航导弹四组合制导技术,以一条典型轨迹进行了全航线仿真研究,包括初始对准段以及INS/GPS组合段、INS/TERCOM（地形轮廓匹配）组合段、INS/GPS/TERCOM组合段和INS/SMNS（景像匹配导航系统）组合段等共24个航段的研究。仿真结果表明:静基座初始对准能达到对准时间<4min,水平对准精度<21”,方位对准精度<2’;INS/GPS组合的位置精度达到30m（CEP）,速度精度<0.2 m/s（CEP）;INS/GPS/TERCOM组合可达到INS/GPS与TERCOM（为半个网格的精度）中的较高者;INS/SMNS可达到0.5像素（10 m/pixel的分辨率）的位置精度和0.2 m/s的速度精度。在SMN对INS修正后,经15s纯INS飞行后的命中精度为6～10m（CEP）。     

Analysis of effects of differential gain on dynamic stability of digital force control

The paper presents an analytical investigation of the dynamics of digital force control. A one degree-of-freedom (DoF) mechanical system with low viscous damping is subjected to proportional-derivative (PD) force control. Analytical results are presented in the form of stability charts in the parameter space of sampling time, control gains and mechanical parameters. Simple closed form results include the largest stable proportional gain and the least steady state force error that provide synthesis of mechanical and control system parameter influences for the design of digital force control. Also, a novel analytical explanation is given why even the properly filtered force derivative signal is rarely used in practice, and why the occurring vibrations have frequencies one range smaller than that of the sampling frequency of the digital control.     

采用静电陀螺监控器／惯性导航系统的水下组合导航系统研究

本文推导了静电陀螺监控器（ＥＳＧＭ）系统的运动方程和机械编排，并进行了模拟仿真，给出了仿真误差曲线。同时，还建立了以半解析式惯性导航系统误差为状态变量的系统状态方程，采用卡尔曼滤波技术，对ＥＳＧＭ／ＩＮＳ组合系统进行仿真。结果表明，组合系统可以大大延长惯导的重调周期，提高潜水下航行的保密性，ＥＳＧＭ／ＩＮＳ组合使用是保证潜艇长时间水下航行的有效方法。     

铝基复合材料在惯性导航仪表中的应用分析

金属基复合材料有适合于惯导仪表的多项优导特性,性能价格比较好,三种主要制备技术在国内均已成熟。该材料应用的主要技术问题如增强体分散均匀性、材料成型、机械加工和热处理等已基本解决。通过对典型捷联惯导系数关键零件的随机振动、阻层特性等力学分析可知,该材料可在提高系统共振频率、阻尼系及精度稳定性方面对惯性系统有贡献。预计该材料在未来两年后可批量应用于惯性仪表中。     

Fluid formulae for damping changeability conceptual design of railway semi-active hydraulic dampers

Damping changeability design and evaluation is the most fundamental issue at the beginning of any new railway semi-active hydraulic damper development. Therefore, physical fluid mechanics for the calculation of basic structure and resistance parameters of the damper should be carefully studied in the conceptual phase. Fluid formulae for changeable damping performance evaluation of two commercial railway semi-active hydraulic dampers are established. Simulation results show that the damper switched by high-speed solenoid valves obtains a wide range of changeable damping coefficients, which guarantees the absorption of a wide spectrum of vibrations; however, a different low cost damper regulated with an inversely proportional relief valve, whose Force-velocity characteristics share the same rising curve, is relatively limited in damping ability. In order to overcome the drawback of the latter one with no obvious cost increase, a new semi-active hydraulic damper which is regulated by a simple proportional throttle valve is proposed. Continued fluid formulation and simulation suggests that the damper can change its damping force rising curves or “effective” damping coefficients continuously, within a considerably wide range. Thus, fluid formulae explicitly established in this study are of significance in the damping changeability conceptual design, further refinement and control design for the three semi-active hydraulic dampers. The proposed new damper, which has both a simple configuration and an easy-to-control ability, might be feasible for industry applications.     

‘Velocity’ Finite Element Method for Dynamic Problem

After analysing the essential features of successive integration method taking displacement as variable by N. M. Newmark and E. L. Wilson et al, this paper presents a Velocity Element Method, taking velocity as variable for the solution of the initial value problem.A simplified scheme is offered for the non-damping system, and the stability is also discussed. Owing to the fact that this simplified scheme for non-damping and apparent static damping is explicit in form, it is unnecessary to solve the algebraic system of equations at every time interval, consequently the amount of computation is greatly reduced. For non-linear dynamic problems, this scheme may be used to obtain fairly good initial values for iteration.An extended form of elocity Element is presented for the arbitrary damping system. For the non-linear cases, the incremental Velocity iteration scheme is adopted and its convergence proved. Some discussions have been given on artificial damping and the effect of the parameter.Finally, the results of numerical calculatio of some typical problem are given in the appendix.     

粘弹性阻尼修改后结构系统动特性的预测

无阻尼或比例阻尼结构系统经粘弹阻尼修改后,可变为粘弹性阻尼系统。要获得其动特性,需求解复特征值问题。但是,随之带来了计算量大、费用高等问题。尤其是粘弹性材料特性随频率而变化,需求解高阶非线性复特征值问题,这对于一个自由度较大的结构,计算量太大,通常较难实现。本文在特征值修改方法的基础上,提出粘弹性阻尼局部动力修改方法,即仅需已知原结构系统的实模态参数,就可求出粘弹阻尼修改后系统的复模态参数。还发展了特征值和修改量同时迭代方法,有效地解决了粘弹材料复模量随频率变化引起的非线性复特征值问题。     

惯性导航系统的误差估计

惯性导航系统（INS）以其自主的工作能力广泛应用于军事武备的导航、制导与控制系统和国民经济的诸多领域。它的主要缺点是定位误差随其工作时间的增长而增大。对惯导系统的误差进行估计和补偿是在保证性能价格比的前提下，提高惯性导航系统精度的有效途径。目前，对惯导系统的误差修正均采用外信息（如GPS的输出信息）校正，即在INS工作的全部时间内，定期地利用GPS输出的速度和位置信息与INS输出的相应信息的差值作为观测量，对INS误差进行估计和补偿。Kalman滤波的方法广泛地应用于惯导系统的误差修正初始对准。本研究了当地水平惯导系统的误差估计和补偿问题。分析结果表明，采用Kalman滤波的方法，可以精确地估计惯导系统的误差（包括陀螺漂移和加速度计零偏），误差估计的精度高，并且估计的方差阵收敛快。