一种可用于运载火箭的SINS/GNSS自主导航方案

研究了一种可用于运载火箭的SINS/GNSS自主导航方案。起飞前捷联惯组采用基于惯性系重力加速度积分的解析粗对准和卡尔曼滤波精对准,起飞后采用SINS/GNSS卡尔曼滤波组合导航反馈实时修正姿态、速度和位置。仿真结果表明捷联惯组水平自主对准误差0.01°,方位自主对准误差1.5°,起飞后经组合导航修正后的姿态误差小于0.2°,速度误差小于0.4m/s,位置误差小于40m,考虑所有误差的蒙特卡罗仿真结果满足火箭入轨精度要求,此方案具有较高的工程应用价值。     

未知纬度的捷联惯导系统晃动基座自对准方法

传统捷联惯导系统晃动基座对准方法中,一般要求提供当地准确的地理纬度信息,如果给定的纬度存在误差,会对初始对准精度造成影响.针对纬度未知情况下的晃动基座对准问题,提出了利用三个不同时刻的重力视运动向量的运算进行对准的方法,推导了三矢量定姿对准的基本原理.针对含有随机噪声的加速度计测量值构造的重力视运动向量会导致向量运算时出现共线向量的问题,设计了一种基于平均权重系数的自适应卡尔曼滤波器,能在未知动态环境下有效去除加速度计随机噪声,提高对准精度.仿真和试验结果表明,该方法可在纬度未知条件下完成捷联惯导系统晃动基座下的自对准并估计出纬度值,对准精度可达惯性器件误差所决定的对准极限精度.     

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。     

基于无迹粒子滤波的飞行器再入段传递对准方法

针对再入式飞行器再入返回前需要精确和快速的传递对准需求以及空间环境特殊性,提出了一种适用于再入式飞行器空间平台对准方法,建立J2000坐标系下光纤陀螺惯组的系统状态方程,利用星敏感器输出的姿态和光纤陀螺惯组输出的姿态差值作为观测量,实现飞行器的"姿态"匹配传递对准算法。针对系统状态方程和量测方程的非线性特性以及单独使用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法存在滤波不稳定性和单独使用粒子滤波(PF)方法存在粒子退化导致估计误差变大的问题,提出了无迹粒子滤波(UPF)算法,采用卫星工具包(STK)软件模拟飞行器在轨运行进行仿真验证。仿真结果表明:该方法可以在3s内使得失准角的估计误差小于0.6',估计精度提高了30%,收敛时间缩短了70%,相比传统方法提高了对准的精确性和快速性。     

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)。     

合成孔径激光雷达多通道TOPS模式及频谱恢复方法

针对多通道循序扫描地形观测模式中单个通道的回波数据在方位向存在模糊,采用传统空域波束形成技术及方位预滤波方法均无法恢复信号频谱的问题,在分析产生模糊原因的基础上,提出了一种基于谱压缩的空域波束形成方法.该方法首先对信号进行反旋处理,压缩信号的频谱宽度;然后对多通道数据进行空域波束形成,获得无模糊的频谱;最后对信号反旋处理引入的相位项进行补偿,得到原始信号的二维频谱.点目标及场景仿真实验数据处理结果均验证了该算法的有效性.     

一种改进的速度加姿态匹配传递对准方法

为了提高传统速度加姿态匹配传递对准方法的快速性,设计了一种改进的传递对准方法,该方法提出在子惯导初始化之前利用主、子惯导陀螺和加速度计测量信息进行短时间的预对准,并设计了速度加姿态匹配的传递对准滤波模型。与传统传递对准方法相比,通过在预对准阶段直接计算主、子惯导之间的安装误差矩阵,子惯导进行初始装订时可以得到较小的初始姿态误差,从而使传递对准滤波器能够快速收敛,提高了对准的快速性和精确度。试验结果表明,通过预对准后对准滤波器在30s之内即可完成对准,姿态估计误差为1′,方位估计误差为1.5′,比传统传递对准方法具有更好的对准性能。     

基于像散分解的望远镜主次镜对准方法

主次镜的对准误差是影响望远镜成像质量的主要因素。为了提高望远镜主次镜的对准精度,提出了一种基于像散分解的对准误差计算方法。该方法利用出瞳波前误差的泽尼克多项式的像散项计算出两种对准误差单独作用时的像散项的大小。以口径为1200mm的同轴反射式(RC)望远镜为对象,仿真分析了像散分解算法的特性。当主次镜光轴不共面时,像散分解算法的计算误差随着主次镜光轴间的距离增大而增大。进而给出了基于像散分解的对准误差求解方法,并进行了仿真对准。仿真结果显示,当主次镜光轴的空间距离小于0.5mm和夹角误差小于0.1°时,基于像散分解的对准算法可以迅速将对准误差降到5μm和0.5″以内。仿真分析验证了基于像散分解的对准算法的可行性。     

方位引出装置框架误差分析与修正

炮兵指挥车通过方位引出装置实现对目标方向和位置的测量。采用两环结构的方位引出装置存在着框架误差,影响对目标位置和方位角的测量精度。通过应用方向余弦矩阵法,研究了框架误差的产生机理,推导了框架误差的补偿公式。通过数学分析和仿真,验证了方位引出框架误差补偿的正确性。实验结果证明:该补偿方案能够对方位引出两环结构带来的框架误差进行实时修正,补偿后的精度(PE)≤0.3 mil,满足战技指标要求,实现对目标位置和方位角的准确测量。     

方波磁光调制测量在无机械连接的设备间方位传递中的应用

在航天、军事等领域往往需要传递无机械连接的设备之间的空间方位信息,而传统的方位测量系统测量范围小、测量精度低,难以满足系统高精度大范围传递的要求,为此改变传统方法中的调制方式,将方波磁光调制引入了方位测量系统,建立了基于方波磁光调制的方位测量模型。根据马吕斯定律,建立了方波磁光调制后的输出信号模型,并分析了调制后信号的特点。根据调制后信号的表达式与方位角的关系,推导、建立了调制后信号与方位角之间的关系方程,并利用调制后信号的增减性去除了方程的增根,结合调制前后信号的相位对比扩大了方位角的测量范围,最终得到了基于方波磁光调制的方位测量模型,实现了无机械连接的设备之间方位信息的传递。仿真结果表明,提出的基于方波调制的测量方法与传统方法比较,理论测量精度更高、测量范围更广,这为实现空间方位角高精度大范围测量提供了一种参考。