激光捷联系统中的优化圆锥误差补偿算法

激光捷联系统中采用低通滤波器消除激光陀螺角增量输出中机械抖动引入的干扰信号,同时也对陀螺敏感的外界惯性输入角速度信号进行了频率整形,产生了视在圆锥误差,此时传统圆锥补偿算法未考虑滤波器影响补偿精度严重降低.针对本系统采用了31阶低通滤波器对陀螺的角增量输出整形,分析了其引入的视在圆锥误差,基于滤波器的频率特性,采用五子样圆锥误差补偿算法,即在旋转矢量更新周期内有五个陀螺采样信号,可以构成四种不同时间间隔的陀螺输出角增量信号的叉积,利用这些叉积的线性组合更新旋转矢量.仿真结果表明,对经过滤波器整形的陀螺输出角增量进行补偿,优化的圆锥补偿算法的补偿精度明显优于传统圆锥补偿算法,使系统姿态角的精度提高了两个数量级.     

基于正弦函数拟合的高动态捷联惯导姿态更新算法

为提高捷联惯导在高动态条件下的姿态解算精度,基于等效旋转矢量泰勒级数展开法,提出一种基于正弦函数拟合的高动态捷联惯导姿态更新算法。以正弦函数拟合载体运动角速度,考虑Bortz方程高阶项的影响,对陀螺角增量表示的旋转矢量进行泰勒六阶展开,对比旋转矢量不同形式表达式求得误差补偿系数。在MATLAB平台上,以圆锥运动与大角速率转动并存环境作为仿真条件,对所提算法与传统算法进行对比仿真分析。仿真结果表明,在小半锥角低频圆锥运动伴随高速角速率转动情况下,所提算法性能较好,当半锥角为0.5°、角频率为2.26πrad/s、常值角速率为5.30 rad/s、姿态解算周期为0.02 s时,所提正弦函数拟合三子样旋转矢量算法与传统扩展形式频率级数/显示频率三子样圆锥算法相比误差降低了2个数量级。     

基于多项式迭代的等效旋转矢量微分方程精确数值算法

提出了一种基于多项式迭代的求解等效旋转矢量微分方程(Bortz方程)的新算法,以角速度多项式作为输入,利用泰勒级数将Bortz方程中的余切函数展开成多项式形式,将不可交换误差补偿中的叉乘和求模运算变换为多项式的卷积运算,通过迭代求取等效旋转矢量的多项式精确解,有效地解决了捷联惯导系统在大角度机动环境下的姿态精确确定问题。此外,还对新算法的数值运算量和迭代收敛精度进行了分析。最后,进行了半锥角90°、频率1 Hz、时长1 s的大幅值圆锥运动姿态更新仿真实验,与传统圆锥优化算法的5'姿态误差相比,新算法的误差仅为10~(-7)',具有明显的精度优势。     

船用捷联惯性导航系统姿态算法精度评估研究

分析了捷联惯性导航系统姿态解算中不可交换性误差产生原因，提出并分析了一种旋转矢量误差估计模型，并从该模型出发推导了几种高精度的捷联姿态算法，提出了由角速度提取角增量的梯形算法。以船舶为应用对象，进行了数字仿真和算法精度分析比较，结果表明：等效旋转矢量法和梯形算法可以提高系统的姿态解算精度。     

光纤陀螺捷联姿态算法的改进研究

传统的捷联姿态算法一般只采用陀螺角增量信号来进行设计，当应用于由输出为角速率的干涉型光纤陀螺构成的捷联姿态系统时，不仅在精度上存在局限，而且还由于通过角速率提取角增量而带来更大误差。因此，同时利用角速率及角增量信号，优化设计出一类新的旋转矢量姿态算法，给出了算法的圆锥误差表达式，并进行了仿真分析。结果表明，新的算法精度较传统算法有显提高。     

经典圆锥误差补偿算法中剩余误差估计的局限性研究

在经典圆锥误差补偿系数和剩余误差估计公式推导过程中,特别在半锥角有限小、圆锥运动频率较低和选用多子样算法时,经典的剩余误差估计方法会出现严重偏差。在不能视半锥角为无限小量情况下,文中利用推导方法提出一种新的剩余误差估计的参考公式,即圆锥误差补偿极限精度公式。利用仿真方法验证了等效旋转矢量误差的周期项对圆锥常值漂移误差有影响。研究表明,在一定的半锥角和圆锥频率的工程应用环境下,当极限精度发挥作用时,提高圆锥误差补偿精度的唯一途径是缩短补偿周期,而不像经典的结论那样一一通过提高子样数几乎能无限提高圆锥误差补偿精度。     

捷联惯导系统圆锥补偿算法优化设计

高速、高速度的圆锥偿补算法是提高捷联惯性导航系统（ＳＩＮＳ）性能的重要环节。本文对Ｃｈａｎ Ｇｏｏｋ Ｐａｒｋ等提出的新圆锥补偿方法进行了进一步的研究。文中给出了经典圆锥运动的角速度模型,推导出了经典圆锥运动的角增量公式、角增量叉乘公式、圆锥补偿系数方程和误差公式,并将该方法拓展至利用前一圆锥补偿周期角增量和的圆锥补偿算法。     

基于高阶补偿模型的新圆锥算法

分析表明传统圆锥算法的误差由常值漂移误差和截断误差组成。通常截断误差大于漂移误差,是误差的主项应优先补偿。而传统圆锥算法一般通过增加单次更新周期内的子样数来提高算法精度,但子样数的增加只能减少漂移误差,对截断误差并没有改善作用。从Bortz的旋转矢量微分方程出发,在不增加采样数的前提下,通过高阶误差补偿模型,对圆锥运动产生的截断误差进行了有效的补偿,提高了算法精度。从理论上比较了该算法和传统3子样圆锥算法、4子样圆锥算法的误差,证明算法精度一般优于传统3子样圆锥算法和4子样圆锥算法。通过仿真证明了上述结论的正确性。虽然新算法增加了一定的计算量,但随着导航计算机性能的不断提高,实测的结果表明仍能满足实时性的要求。     

不等间隔角速率输出的捷联航姿算法研究

结合实际系统陀螺输出为不等间隔角速率信号且时间间隔已知的特点，将陀螺输出数据的时间间隔引入定时增量算法，提出了一种梯形积分增量算法。为补偿圆锥运动误差，推导了不等间隔角速率输出时的旋转矢量二子样算法，并在典型圆锥运动条件下，将本算法与甚童的捷联姿态算法进行比较。结果表明：在陀螺输出为不等间隔的角速率信号时，不等间隔的等效旋转矢量算法具有一定的优越性。     

捷联惯性导航系统的姿态算法优化设计

在圆锥运动条件下,具有相同时间间隔的两个角增量的叉乘对圆锥补偿的贡献相等.本文根据这一特点,设计了一种捷联惯导系统姿态算法,在圆锥补偿获得相同精度的情况下,它的计算量较少.同时,利用此特点,推导出利用前一圆锥补偿周期的角增量进行圆锥补偿的算法,提高了补偿精度.本文给出了仿真实验结果.本文为研制激光陀螺捷联惯导系统提供了一种高精度算法.     

一种改进的高动态捷联惯导解算算法

针对高动态环境下较大的不可交换误差难以精确补偿的问题,提出了一种改进的等效旋转矢量三子样多回路迭代姿态解算算法.首先分析了高动态环境给捷联惯导系统带来的影响,阐述了捷联解算的基本过程;然后对比分析了几种主要的姿态解算算法,针对一般算法难以较好地补偿不可交换误差问题,在旋转矢量多子样二次迭代优化算法的基础上,从提高解算精度和减小计算复杂度两方面进行考虑,研究了一种改进的等效旋转矢量三子样多回路迭代算法;最后,对改进的算法的性能进行了深入的分析.实验结果表明,在低动态条件下改进的算法和毕卡四元数法姿态解算精度相当,在高动态条件下其精度较毕卡四元数提高约3个数量级.     

捷联惯导系统姿态算法的研究

本文对典型圆锥运动和等效旋转矢量法进行了较为详细地分析并进行了仿真,仿真结果表明旋转矢量法可以有效抑制不可交换误差,提高姿态算法的精度.典型圆锥运动是一个过于理想的模型,本文选用更具有通用性的Jacobian椭圆函数作为输入信号,给出了评价算法的方法并对其进行了仿真.     

基于简化无迹Kalman滤波的非线性SINS初始对准

传统的小干扰失准角模型只适合于小失准角情况下的初始对准,对于处于大失准角下的舰船或飞机的对准必须寻求不做任何线性假设的非线性模型和非线性滤波方法。针对以上问题,建立了基于四元数的姿态误差方程,给出了基于复杂噪声模型的UKF算法,在该算法的基础上假设量测方程为线性,得出简化的UKF算法,避免了重采样、多次求解量测预测方程、计算量测预测方差等一系列繁杂过程。基于以上理论建立了适合简化UKF算法的非线性滤波模型,在大失准角、小失准角下与常规Kalman和EKF算法做对比仿真,结果表明,在小失准角下三种方法效果相当,但在大失准角下简化UKF和EKF显示出了处理非线性模型的优势,对准速度和精度都好于常规Kalman算法。由于EKF线性化造成的高阶截断误差使得对准精度略低于简化UKF。     

姿态检测地磁传感器误差分析与补偿方法

针对磁环境下的地磁传感器测量精度不足的问题,为了补偿地磁传感器存在的各种误差,在分析地磁传感器的自身误差和环境干扰误差的基础上,建立了地磁传感器误差校正模型,利用最大似然估计法将误差校正模型转化成多项式最小二乘拟合的基本方程形式,提出了基于QR因子分解法的补偿系数快速解算方法。分别求取仿真误差模型和实验误差模型的补偿系数,然后对地磁场矢量进行校正。结果表明,校正后的磁场强度和实际磁场强度基本一致,滚转角精度提高了近5倍,能够满足相关需求。     

一种基于二次优化的改进圆锥算法

提出了一种改进的圆锥优化算法,对传统圆锥优化算法的周期项进行了二次优化.首先,根据经典圆锥运动建立了二次优化的误差准则;其次,给出了推导二次优化补偿系数以及相应的残留误差的一般方法;最后,在不同的经典圆锥运动环境下对三例改进算法的姿态解算误差进行了仿真验证.结果表明,通过改进的四子样和五子样算法得到姿态解算精度与通过旋转矢量变化量的理想值得到的结果几乎完全一致.此外,由于比改进的五子样算法少一次叉乘和两次加法运算,而且仿真速度大约快14％,所以改进的四子样算法更值得推荐采用.     

基于角速度频域重构的旋转矢量解算

传统的旋转矢量解算对角速度一般采用多项式重构,而实际中在高动态环境下用多项式重构角速度的精度不高.从信号重构理论出发,研究了在对角速度信号进行频域连续重构的基础上进行旋转矢量解算,并对其在捷联惯性导航系统姿态矩阵实时求解中的应用进行了仿真.仿真结果表明,在高动态环境下新算法比传统算法更能有效地抑制不可交换误差,对于提高捷联惯性导航系统精度具有重要的意义.     

捷联惯性测量组合误差系数的软件补偿法研究

针对捷联惯性测量组合误差的数学模型,提出了惯性组合误差补偿的计算方法,推导了计算过程,得到了陀螺和加速度计误差补偿公式.通过补偿计算,能够得到弹体在采样时间间隔内运动的视速度增量和角增量.该算法能够满足应用的精度要求,对捷联惯性测量系统的误差补偿有一定的有效性和可行性.     

基于新的圆锥补偿结构的姿态算法（英文）

提出基于一种新的圆锥补偿结构的捷联惯导姿态算法。与传统的姿态算法不同,新算法中同时引入了角速率和角增量用于圆锥补偿(适用于角速率输入或角速率和角增量同时输入)。基于所提出的圆锥误差补偿结构,引入时间泰勒方法进行圆锥误差补偿优化设计,并定义了两种性能评价模型,以分别用于一般圆锥和机动环境下的姿态算法性能评估。将新的姿态算法与传统角增量输入的姿态算法通过仿真进行了对比分析,结果表明,在相同的采样频率和姿态更新周期以及相同的圆锥和机动环境的条件下,新的五子样姿态算法的性能明显优于传统角增量输入的五子样姿态算法。     

捷联惯导姿态误差模型分析

捷联惯性导航系统以数字平台代替了平台惯导的机械平台。所谓数字平台,即存储在导航计算机中的坐标变换矩阵。四元数和旋转矢量是用来描述捷联惯导系统姿态的两种常用方法。传统的线性误差模型如psi角误差模型、等效倾角误差模型,仅仅适用于误差角非常小的情况。对于误差角比较大的系统,误差模型变得非线性,由此引入旋转矢量误差模型。通过对加性四元数、乘性四元数以及旋转矢量误差模型的分析表明,三者是等价的,并且当误差角很小的时候,乘性四元数误差模型和旋转矢量误差模型可以退化为等效倾角误差模型。     

一种角速率输入的圆锥算法设计

针对角速率输入的传统捷联惯导姿态算法在高动态环境下精度低的问题,提出一种角速率输入的在期望的圆锥运动环境下的频域最优圆锥误差补偿优化算法。在分析圆锥误差补偿通式的基础上,建立了角速率输入的圆锥误差准则,基于最小二乘原理建立了圆锥误差补偿优化目标,并推导了角速率输入的圆锥误差补偿优化系数,讨论了载体运动环境。在圆锥运动环境下,将新算法与传统的频域泰勒算法通过数字仿真进行了对比分析,结果表明,在高频圆锥运动环境下,新算法的精度明显高于频域泰勒算法。