基于罗德里格参数的线性最优估计自对准

针对车载捷联惯导系统怠速条件下的初始对准问题,提出了一种基于罗德里格参数的线性最优估计自对准算法。利用姿态阵分解和凯莱变换,将任意姿态下的无初值初始对准问题简化为罗德里格参数的无约束线性最优估计问题。讨论了算法的有效性,推导了算法的对准误差公式,并设计了一种简洁的工程实现方案。利用车载捷联惯导系统进行了四位置对准试验,每个位置对准六次,结果表明,在发动机振动及外界随机扰动下,新算法可以在5 min内完成对准,统计方位均方差(1σ)不超过3′。     

基于INS/GPS/CNS组合系统的高精度测姿方法

为改善INS/CNS/GPS组合导航系统输出姿态信息的稳定性,解决传统FKF算法非线性条件下姿态精度发散的问题,提出了一种基于UKF的FKF滤波算法;同时为解决各系统间时间信息不同步造成姿态精度下降的问题,提出了一种工程上可用的时间同步方案,同步精度优于0.5 ms。在实验室条件下,利用INS/GPS/CNS样机和高精度三轴转台搭建验证系统进行摇摆试验,试验结果表明,提出的方法可实现姿态误差值变化在5%以内条件下系统稳定工作一天以上。     

基于参数激励的MEMS陀螺电馈通抑制方法

由于硅微陀螺仪材料和加工工艺以及电路上的非理想因素,驱动信号会对敏感检测端产生串扰。为抑制此种串扰,降低驱动激励幅度,采用了基于参数激励法的陀螺驱动模态激励系统。在锁相环控制中新增一个压控振荡器模块,用于输出稳幅的二倍谐振频率激励信号,即参数激励信号。将此信号与驱动激励信号一同对驱动激励电极进行激励,达到了降低刚度系数来减小驱动对敏感电馈通干扰的目的。实验结果表明,参数激励法对陀螺仪进行激励,将陀螺仪敏感输出信号幅度从141.25 m V降至38.75 m V,Allan方差零偏不稳定性从6.864 (°)/h降至4.316 (°)/h。表明了参数激励法对陀螺仪性能具有一定的提升作用。     

基于微孔参数优化的超流体陀螺噪声抑制方法

为了解决超流体陀螺噪声较大,限制其高测量精度的潜力发挥的问题,提出了一种基于微孔参数优化的噪声抑制方法。根据超流体流过单一微孔的速度幅值,分析了微孔孔径对超流体流量幅值的影响;在考虑热噪声的情况下,推导了微孔数量和超流体流量幅值之间的方程;构建了微孔参数与超流体陀螺噪声之间的数学模型。基于该数学模型开展仿真与分析,由仿真结果可知:随着微孔孔径和微孔数量的增加,陀螺噪声呈现下降的趋势。采用最优微孔参数:微孔孔径为95 nm,微孔数量为5625时,超流体陀螺的噪声被抑制为取通用参数(微孔孔径为70 nm,微孔数量为4225)时的1/2,使得超流体陀螺的测量精度得到了显著提高。     

静电陀螺伺服测漂数据处理方法研究

静电陀螺仪通常用于空间稳定系统中,因此用伺服法进行漂移测试和建模具有现实意义。本文讨论了一种静电陀螺伺服测漂数据处理的方法,对三次伺服测漂试验数据进行了分析和处理。考虑到伺服测漂中失调角甚小,采用简化常值漂移模型,参数估计采用离散卡尔曼滤波以提高精度,并用时间序列分析法建立随机漂移模型。拟合结果表明,上述方法对建立和辨识高精度静电陀螺漂移模型具有较高精度。     

光纤罗经和卫星测姿的组合导航算法

为了提高光纤罗经和卫星测姿的组合导航精度和系统稳定性,提出了一种光纤罗经/卫星测姿的组合导航算法。首先分别对光纤罗经、卫星测姿和组合系统的误差进行了数学建模,以姿态作为组合系统的观测量,建立了组合系统的状态方程和观测方程。然后,给出了一种改进的Kalman滤波器,这种滤波器不但能够保证滤波器稳定可靠,防止滤波发散,还提高了准确度,有助于提高组合导航精度。最后,通过静态试验和动态跑车试验得出,光纤罗经/卫星测姿组合导航系统的航向角误差在0.1°以内;通过极区航行实验得出,船舶在高纬度航行中组合导航系统航向角误差在0.5°以内。     

基于Rodrigues参数的陀螺体受控运动

经典刚体动力学中表示刚体姿态的参数中，Euler角、Cardan角和Euler参数在工程技术中使用最为普遍．近期在航天器姿态控制问题中使用Rodrigues参数的报道也引起注意，Rodrigues参数以其表达形式简明和代数运算特点而具有独特优点．航天器姿态控制系统必须具有自适应性以适应参数的变化，建立用Rodrigues参数表达的无力矩陀螺体受控运动方程，提出基于Rodrigues参数的自适应姿态控制方案，并应用Lyapunov定理证明受控运动的渐近稳定性。     

基于UPF和修正Rodrigues参数的无陀螺姿态确定算法

针对无陀螺或陀螺失效等情况下的飞行器姿态确定问题,基于无冗余姿态描述形式修正Rodrigues参数,提出了仅利用星敏感器矢量观测信息来确定飞行器姿态的UPF(Unscented Particle Filter)算法.UPF利用UKF(Unscented Kalman Filter)得到粒子滤波的重要性密度函数,从而克服了标准的粒子滤波没有考虑最新量测信息和UKF只能应用于噪声为高斯分布的不足.修正Rodrigues参数描述飞行器姿态具有简洁高效的特点,通过切换方法避免了奇异性现象.仿真结果表明,该姿态确定算法可以取得比UKF更快的滤波收敛性和更高的滤波精度,并且比四元数算法计算效率提高近10%.     

介质参数反演的广义射线近似方法

在对无粘性介质参数反演问题进行的研究中，引入一种全波场广义射线近似形式，提出一种新的反演参数的方法，文中，首先对由弹性波动方程演变成的声波方程进行分析，引入背景场量和扰动量，并结合Ｇｒｅｅｎ函数理论，得到了介质参数的积分方程；然后结合前人对非均匀介质中波函数局部理论的定性分析，引入一种全波场广度射线近似形式，把问题归结为一个第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程；最后对半空间问题层状介质模型进行了反演，算     

静电陀螺支承系统的最优参数及设计调整方法

本文全面地论述了静电干扰力矩和支承系统的关系,导出了支承系统最优参数的选择方法,在集成化线路的设计及支承系统的调试方法方面采取了一些重要技术措施,实验表明静电陀螺的精度有显著的提高。     

基于光照区太阳敏感器和陀螺辅助修正的微小卫星磁测技术

微小卫星经常用磁强计作为姿态测量的主要部件,磁强计的测量精度是影响微小卫星定姿性能的重要指标。为提高磁场估计精度,采用太阳敏感器和陀螺对磁强计误差进行辅助测量与修正,推导了磁强计误差估计方法,在光照区以太阳敏感器与陀螺输出作为俯仰滤波器观测量,估计出卫星俯仰角度和角速度。再采用最小二乘方法,利用滤波输出量对磁强计误差进行估计,估计的结果进入滤波器对磁场输出进行测量修正。仿真表明该方法简单易行,姿态角精度提高了1°左右,角速度精度最高提高了0.003(°)/s左右,并增强了卫星稳定性,有利于成像等任务的完成,有效提高了微小卫星导航系统性能。     

基于广义卡尔曼滤波的桥梁结构物理参数识别

基于广义卡尔曼滤波提出了随机荷载作用下桥梁结构物理参数的识别方法。首先,以荷载为观测对象,推导出基于有限元模型的桥梁结构系统的观测方程,以结构待识别的物理参数为状态向量,建立系统状态方程;然后,对该状态方程和观测方程构成的非线性参数系统应用广义卡尔曼滤波,从而识别出结构的物理参数。对一座简支梁桥和一座三跨连续梁桥在不同工况下的物理参数识别进行了数值仿真,结果表明本文方法能够准确地识别桥梁结构全部刚度参数、质量参数和阻尼参数,且具有很强的抗噪性能,从而验证了本文方法的有效性和鲁棒性,可应用于识别大型桥梁结构的物理参数。     

基于量子粒子群的陀螺平衡车调节器参数优化

针对陀螺平衡车线性二次型调节器稳定控制中Q、R权值矩阵选取由经验试错确定效率低且无法保证最优性的问题,提出一种基于量子粒子群算法的参数优化方法。首先,基于陀螺平衡车动力学方程建立其状态空间模型;而后,设计线性二次型调节器并结合混合指标适应度函数给出了Q、R矩阵参数的量子粒子群优化流程;最后,对经验法、粒子群优化和量子粒子群优化三种参数选取策略下的控制效果进行仿真对比,并搭建实物平台进行试验验证。结果表明:量子粒子群方法对陀螺平衡车线性二次型调节器参数优化更加有效,相较于粒子群优化和经验法,倾角响应峰值分别降低了17.07%和38.18%,调节时间缩短了24.32%和56.64%,进动角响应峰值分别降低了16.47%和36.61%,调节时间缩短了18.03%和38.74%,最大控制量分别降低了10.78%和35.88%,有效提升了系统动态响应性能。     

大型陀螺特征值问题的广义Arnoldi减缩算法

基于Ａｒｎｏｌｄｉ法，建立陀螺特征值问题的广义Ａｒｎｏｌｄｉ格式，并利用系统矩阵的反对称特性，得到极其简洁的甚至比对称矩阵Ｌａｎｃｚｏｓ法更为简单的递推格式，可称为陀螺Ａｒｎｏｌｄｉ减缩算法。     

基于非线性模态和一种数值迭代法的陀螺连续体参数振动研究

以脉动流输流管为例,利用非线性模态技术和一种数值迭代法研究陀螺连续体的非线性参数振动响应问题. 通过谐波平衡法将系统非线性非自治控制方程转化为拟自治方程,并在状态空间上利用不变流形法构造系统的非线性模态. 以对应自治系统的解为初值,采用一种数值迭代法来求解拟自治控制方程的模态系数,结果证明了该迭代法的快速收敛性. 在频域分析中得到了幅频响应和相空间上的不变流形,而在时域复模态分析中则发现了参激陀螺系统的正交相位差和行波振动现象.     

单轴恒速偏频激光陀螺航姿系统晃动基座快速对准自适应滤波方法

以自主设计的单轴恒速偏频激光陀螺航姿系统为研究对象,在分析车载晃动基座上初始对准时残差序列特性的基础上,通过加窗估计测量噪声方差,并对测量信息进行去相关处理,进而提出了测量去相关改进的基于残差的测量噪声自适应滤波算法.实验室内静基座和车载晃动基座实验测试结果表明,所设计的自适应滤波算法与标准卡尔曼滤波算法相比,不需要预先精确得到测量噪声统计特性,并且车载晃动基座初始对准在200 s 时间内方位角误差小于40〞.     

基于结构设计的陀螺加速度计温度系数补偿方法

针对液浮陀螺加速度计内部温度变化对仪表性能影响明显的问题,通过降低仪表一次项温度系数来减小仪表误差。首先分析液浮陀螺加速度计一次项温度系数的作用机理和计算方法,提出了一种基于结构设计的温度系数补偿方法：在浮子结构上去除一定量的体积,调整浮子的质心和浮心到中心的距离,使得浮油产生的浮力随温度变化,补偿仪表摆性温度变化率和角动量温度变化率的不匹配量。其次对某型陀螺加速度计浮子结构进行补偿设计,并对补偿前与补偿后的温度系数进行实验验证,温度系数由补偿前的-1.04×10^-5/℃降低至补偿后的9.39×10^-7/℃。实验结果表明,在同等温控精度条件下,采用结构设计补偿温度系数的方法可将温度系数降低一个数量级,这对液浮陀螺加速度计的精度提升具有一定的工程应用价值。     

基于单个SIFT特征的相对位姿估计方法

位姿估计是精密光测和自动驾驶的基本问题之一。针对自动驾驶等实际应用中,相机在平面上运动,相机位姿的自由度为3的情况,本文提出了基于单个SIFT特征的相机相对位姿估计方法。由于单目相机无法恢复平移尺度,因此相机运动的自由度减少为仅有旋转角和平移角的两自由度。通过观测地面,可以得到包含相机运动和平面法向量的地面单应信息,因此可以通过提取地面同名点估计单应矩阵来恢复相机运动。为了减少RANSAC迭代次数、提高算法效率,引入SIFT特征进行位姿估计。SIFT特征包括2幅图像中同名点图像坐标以及其特征旋转和特征尺度,可以扩充单个点对中包含的信息,有效减少求解单应矩阵所需点对数量。针对平面二自由度运动情况,本文使用单个SIFT特征点对完成单应矩阵的估计,并采用随机采样一致算法对结果进行优化,最终分解单应矩阵得到相对位姿估计结果。在仿真实验及真实实验中与2pt方法和5pt方法进行对比,证明了所提出的方法是有效的。     

基于PSO-BP 神经网络的激光陀螺温度补偿方法

激光捷联惯导系统上电启动时,陀螺受温度影响其零偏会经历快速变化到逐渐稳定的过程,影响惯导系统应用精度。因此,提出了一种基于粒子群-反向传播神经网络（PSO-BP）的激光陀螺温度补偿方法,利用粒子群算法寻找神经网络模型的最优权值与阈值,以温度和温度梯度作为自变量,建立陀螺零偏输出的补偿模型。激光惯导系统工作温度范围内的温度试验结果表明：与传统反向传播神经网络算法相比,所提出的PSO-BP神经网络模型的速度提高了4倍,模型拟合精度更高,且避免了反向传播算法易陷入局部最优解的问题。经过粒子群-反向传播算法补偿后,陀螺零偏稳定性相比温补前提高了60%,进一步验证了模型的有效性。     

基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法

由于角振动台的振动频率有限,无法实现光纤陀螺的高带宽测试。提出了基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法,采用正弦电流激励下的Faraday相位差等效Sagnac相位差,解决了激励信号输出频率有限的问题。根据光纤中的Faraday效应原理,分析了该评估方法与光纤陀螺角振动台测试方法的等效性;搭建了评估系统,使用该评估系统来模拟某型号光纤陀螺的信号处理过程,进行等效评估实验,得到了等效评估的光纤陀螺闭环带宽为9 kHz,实现了高带宽光纤陀螺的频率特性评估测试,为改善光纤陀螺的动态特性提供了有效的验证平台。