惯导系统初始对准的H∞滤波器设计

在对系统的噪声统计特性的了解并不确切的情况下，将H∞滤波技术应用于惯导系统初始对准，对失准角和仪表误差进行估计，克服了传统Kalman滤波器的性能恶化问题。通过对系统频域特性进行整形，有效地抑制了低频干扰对系统误差传播特性的影响，效果优于Kalman滤波。     

EPF算法在惯导非线性初始对准中的应用

介绍了作为粒子滤波理论基础的递推贝叶斯估计的基本概念,说明了重要性函数对于粒子滤波器的设计是至关重要的。随后,给出了一种将EKF算法作为重要性函数的EPF算法,并提出将其用于静基座条件下的惯导系统非线性初始对准,通过计算机仿真对比了EPF和EKF的估计效果。仿真结果表明,EPF算法较传统的EKF算法对准时间更快,对准精度更高。     

采用粒子滤波的捷联惯导非线性快速初始对准算法

针对常规捷联惯导静基座初始对准模型维数高,难以保证粒子滤波实时性的问题,提出了一种适用于粒子滤波的二位置非线性快速初始对准模型。该模型利用二位置方法消除惯性器件的常值误差,因此无需对惯性器件误差进行状态扩展,从而在保证对准精度的前提下降低了粒子滤波的运算量。在二位置非线性快速初始对准模型中航向角是直接可观测的,因此可以提高航向角的对准精度和速度。仿真结果表明,采用基于粒子滤波的二位置非线性快速初始对准方法,水平姿态精度在6″以内,航向角精度为10′以内,还较好地满足了粒子滤波应用于捷联惯性导航系统初始对准中的实时性要求,有效提高了初始对准的速度。     

光纤陀螺捷联式惯导系统初始对准方法研究

对光纤陀螺（FOG）的零偏重复性、零偏随时间变化规律的重复性进行了实骀研究。根据FOG零偏重复性好和零偏随时间变化规律的重复性好等特点，采用最小二乘估计和Kaiman滤波估计方法，提出、设计实现了一个有效实用的FOG捷联式惯导系统（SINS）初始对准方法，并与转位式初始对准方法的对准结果进行了比较，得到了精度相当的结果。     

H^∞鲁棒滤波在惯导初始对准中的应用

本给出了惯导系统初始对准的非线性模型,针对一般非线性滤波线性化所引起的模型误差,提出了H^∞鲁棒滤波方法,并与卡尔曼滤波器、二次滤波等方法进行了比较。仿真结果表明,该方法比二次滤波等方法计算量大大减小,精度要高;对于非线性模型,在存在模型误差或噪声不确定情况时,其滤波性能远优于扩展卡尔曼滤波及其它非线性滤波算法。     

自适应卡尔曼滤波在惯导初始对准中的应用研究

本文研究了自适应卡尔曼滤波技术在惯导系统中的应用。在噪声统计特性未知或近似已 知的情况下,采用常规卡尔曼滤波会导致较大的状态估计误差,甚至使滤波发散;而自适应卡 尔曼滤波在估计状态的同时,利用观测数据带来的信息,可在线估计噪声的统计特性,从而不 断地改进滤波器的设计,由此得到的滤波估计比常规卡尔曼估计精度更高。本文采用Ｓａｇｅ 和 Ｈｕｓａ 自适应滤波算法,结合惯导初始对准,给出了计算机仿真。仿真结果进一步证实在噪声统 计特性不确切知道的情况下,自适应卡尔曼滤波的估计精度高于常规卡尔曼滤波的估计精度。     

H∞滤波及其在惯导初始对准中的应用

阐述了H∞滤波器的设计过程，并将其运用于惯导系统的初始对准，建立了惯导系统的误差模型，并对其进行了可观性分析，利用H∞滤波方法对可观可测子系统进行了滤波计算，给出了白噪声下失准角的仿真曲线。仿真表明对准时间得到了很大的提高，精度也能够满足工程实际需要。中给出了方位误差角的一种快速估计方法，结果表明该方法是可行的。     

捷联惯导初始对准中杆臂效应误差的补偿

重点介绍了杆臂效应原理和舰载水下潜器传递对准误差模型，针对潜器用捷联式惯性导航系统(SINS)，在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时，系统中存在的杆臂效应误差问题，提出了直接补偿杆臂干扰加速度和设计低通滤波器的补偿方案。通过计算机仿真：验证了方案可以有效的提高传递对准精度，提供高准确性的导航姿态基准。     

基于强跟踪滤波的旋转捷联惯导初始对准方法

旋转捷联惯性导航系统在传统系统结构上进行了改进,陀螺和加速度计安装于转动基座上,通过捷联算法中的积分运算消除陀螺仪和加速度计中的非随机性误差。针对该导航系统的结构特点,研究了一种基于强跟踪滤波算法的快速估计平台误差角的初始对准方法,推导了系统的误差数学模型,论述了强跟踪滤波基本方法及初始对准状态方程与观测方程,进行了数字仿真验证。基于某型光纤陀螺和MEMS加速度计,通过在高精度转台上的旋转实验进一步进行了基于实际系统的算法性能验证。结果表明,对于中低精度的光纤陀螺旋转捷联惯性导航系统,所提出的对准方法具有较高的对准性能,具有工程应用价值。     

H~∞鲁棒滤波在惯导初始对准中的应用

本文给出了惯导系统初始对准的非线性模型 ,针对一般非线性滤波线性化所引起的模型误差 ,提出了 H∞ 鲁棒滤波方法 ,并与卡尔曼滤波器、二次滤波等方法进行了比较。仿真结果表明 ,该方法比二次滤波等方法计算量大大减小 ,精度要高 ;对于非线性模型 ,在存在模型误差或噪声不确定情况时 ,其滤波性能远优于扩展卡尔曼滤波及其它非线性滤波算法     

基于边缘采样UKF滤波的捷联惯导初始对准方法

设计了基于四元数的捷联惯导非线性初始对准模型,同时指出该模型仅仅是姿态误差四元数和速度误差的非线性函数,而对于惯性器件误差而言则是线性的。针对该模型的部分线性特性,设计了基于边缘采样的UKF滤波算法,该算法仅对状态量中的非线性子集进行采样,因此对于部分线性模型而言,该算法在不损失滤波精度的前提下能够有效降低算法计算量。仿真及车载实测数据实验表明所研究的初始对准模型和相应的滤波算法是有效的,而且较传统方法具有明显的计算量方面的优势;在达到相同对准精度的前提下,所设计算法的计算量较传统算法降低了52%。     

GNSS辅助捷联惯导行进间对准自适应滤波方法

针对车载武器系统快速发射需求,提出一种基于GNSS辅助的捷联惯导行进间对准自适应滤波方法。该方法把行进间传递对准分为粗对准与精对准两个阶段。粗对准阶段以GNSS为观测基准完成对捷联惯导姿态的粗捕获,降低初始偏差不确定性对于精对准阶段的影响。在精对准阶段,考虑到车载系统的运动特性,提出一种"水平+方位"行进间对准双滤波器并行的设计思路,利用车载系统在不同时间段的动力学特性,对三轴姿态估计进行分时解耦,实现初始姿态的高精度估计;与此同时,引入协方差成形自适应调节过程,以最小化Frobenius范数为优化指标,实现对行进间对准卡尔曼滤波器的自适应调节,增强系统鲁棒性。数值仿真表明,协方差成形自适应卡尔曼滤波方法能够有效保证系统在全运动剖面内的稳定,结合双滤波器并行方案能够有效解决行进间对准精度不高与稳定性欠佳等问题,水平对准精度优于1.5′(1σ),方位对准精度优于6′(1σ)。     

强跟踪CKF及其在惯导系统初始对准中的应用

容积卡尔曼滤波(CKF)是常用的惯性导航系统(INS)初始对准算法。针对在模型失配和观测噪声干扰情况下常规容积卡尔曼滤波出现精度下降甚至发散的问题,提出了一种自适应渐消滤波算法,引入多重渐消因子对预测误差协方差阵进行调整。设计了基于滤波残差序列统计特性的滤波状态x~2检验条件,检测滤波器故障并确定是否引入渐消因子,使渐消因子的引入时机更加合理,有效增强了算法的自适应性。仿真试验表明,新算法可以有效提高初始对准精度及鲁棒性。     

惯性导航系统初始对准与标定最优化方法

从随机闭环控制系统架构出发,提出了基于随机线性控制分离性定理的惯性导航系统初始对准与标定最优化方法.内容包括:系统建模、卡尔曼滤波器设计与稳定性充要条件、随机线性控制系统最优控制律及闭环稳定性充要条件、保证初始对准与标定稳定收敛的设计准则,以及应用于空间稳定惯性导航系统初始对准与标定过程所得到的试验结果.理论分析和实验结果表明,提出的最优化方法是切实可行的,通过调整系统极点配置或全状态修正时间间隔可以实现在容许控制律条件下的最优性,最优闭环控制所产生的系统导航精度比常规的卡尔曼滤波一一开环控制有显著提高.     

基于H∞滤波技术的传递对准方法

从实际应用的角度出发,提出利用跟踪微分滤波器抑制机翼挠曲变形产生的影响,通过杆臂效应补偿消除干扰加速度,用延时补偿算法减少由数据传输延迟造成的量测信息误差。在此基础之上,采用"速度 姿态"匹配方案,研究了基于H_∞滤波估计的快速传递对准方法。大量数值仿真、静态试验、动态跑车试验表明,这些方法有收敛速度较快、精度较高的特点,并具有较强的抗干扰能力。试验也验证了传递对准方法的有效、可行,能满足控制系统对导航信息的精度要求。     

捷联惯性导航系统动态传递对准性能综合评估

针对捷联式惯性导航系统（SINS）动态传递对准性能的评估与鉴定,提出了对准度（DOA）的概念,以其作为性能评定的综合性指标,给出了统计计算公式;在此基础上,针对动基座传递对准工程应用中,无法直接测量对准姿态误差的情况,提出了动基座传递对准精度综合评估的方案和流程,探讨了利用固定点平滑、固定区间平滑和逆序递推估计进行综合评估的算法,并进行了仿真验证和对比。结果表明,对准度即能反映对准时间和对准精度,还能反映不同机动对准方案的差异,适于作为统一的鉴定指标,而3种算法均可用于传递对准性能的综合评估鉴定,基于工程实际建议采用固定区间平滑算法并根据战术要求计算广义的对准度。     

基于四元数卡尔曼滤波的捷联惯导初始对准算法

针对晃动基座捷联惯导初始对准问题,研究了一种具有干扰抑制能力的初始对准算法。根据重力矢量在惯性空间投影构成一包含地球北向信息的旋转锥面的现象,利用坐标系惯性凝固假设将重力量测矢量和参考矢量分别投影到载体惯性坐标系和导航惯性坐标系,将晃动基座条件下的初始对准转化为基于重力量测矢量确定对准起始时刻的姿态问题。借鉴四元数线性伪量测方程的概念,利用重力投影矢量与初始姿态四元数的线性量测关系实现初始姿态四元数的直接滤波估计。初始姿态四元数在对准过程中为常值,以其作为待估计的状态可避免系统模型误差和初始误差的影响。利用转台模拟不同的摇摆对准环境,导航级惯导系统可在10 min内完成初始对准且方位误差小于3’。     

基于级联FIR滤波器的系泊精对准算法

舰船的系泊环境存在风浪和浪涌,这些因素引起捷联惯导系统对准过程中的不确定性干扰加速度,提出一种基于级联FIR低通数字滤波器的惯性系Kalman滤波精对准算法。高频随机干扰加速度在通过级联FIR低通数字滤波器后被滤除,近似周期性干扰通过积分运算,正负部分基本抵消,因此该算法可以有效抑制系泊环境下的不确定性干扰。江上系泊对准结果为:水平精度0.02°,航向精度0.06°。试验结果表明该方案能有效完成精对准,对准精度达到中等导航精度要求。     

一种平台惯导系统快速对准方法

平台惯导系统一般采用陀螺罗经方法进行初始对准,对准时间较长,难以满足现代战争需求,因此需要进行缩短对准时间技术研究。动调陀螺器件级测试时,陀螺工作在力反馈状态下,其达到稳定状态所需时间很短。利用这一特性,可以找到一种平台惯导系统快速对准的方法,即平台惯导系统力反馈状态下快速对准。作者将力反馈回路引入平台惯导系统中,利用两个方位位置陀螺所敏感的地速信息进行方位解算,实现惯性平台快速寻北。在此基础上,完成惯性平台的水平对准及陀螺漂移测量,实现快速对准。仿真分析结果表明:快速对准方位角测量精度可以满足要求。为了验证该方法的可行性,进行了多次对准试验,试验结果表明:对准时间缩短至8min,方位角测量精度达到6′,对准时间较原对准方法明显缩短,精度满足使用要求。这种快速对准方法缩短了系统阵地准备时间,有利于提高导弹部队的快速反应能力。