惯性/天文组合导航中的时空坐标转换及其误差分析

针对惯性/天文组合导航中将天文传感器测量信息从天球坐标系到地球坐标系转换的问题,研究了其转换过程中涉及到的时间系统和坐标转换关系,前者包括世界时、地球时、太阳系质心力学时、原子时和协调世界时等时间概念,后者包括岁差、章动、视恒星时和极移等旋转变换。对坐标转换过程中小于0.1″的因素进行了忽略和近似简化,误差分析表明,除地球自转角的计算需要比较精确的UT1时间外,其他天文参数计算中的时间输入均可直接使用UTC时间代替。仿真结果显示,所提简化算法的转换精度达到了0.2″,满足角秒级的天文传感器测姿精度需求。     

箭载捷联惯导系统水平自对准的两种实用方法

箭载惯导系统的方位对准一般通过外界直接瞄准装订,而水平对准利用惯导系统的惯性器件测量和计算来实现.在运载火箭初始对准过程中,箭体受发射场阵风等干扰因素的影响而使得惯导系统产生角晃动与线晃动,水平对准方法必须具备抗晃动干扰的能力.根据运载火箭初始对准中的水平姿态角及其变化比较小的特点,建立了俯仰角与偏航角之间相互解耦的对准误差方程.提出了应用控制原理和数字滤波进行水平对准的两种方法,计算机仿真表明了这两种方法有效可行.与传统的卡尔曼滤波对准相比,本文的方法具有运算简单、计算量小和便于工程应用等优点.     

激光捷联惯组的双轴位置转台标定仿真

研究了利用双轴位置转台标定时，水平基准误差和北向基准误差对激光捷联惯组（LSIMU）标定精度的影响。首先建立了LSIMU标定模型和生成惯性器件信息的仿真算法，接着设计了LSIMU标定方案和数据处理方法，最后对LSIMU标定进行仿真和分析。仿真结果表明：水平基准误差为0．4’时，加速度计标定误差将达到116×10^-6；当北向基准误差大于5°时，陀螺标定误差将超过0．0001。     

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。     

采煤机三维轨迹的惯性基厘米级相对测量方法

针对煤矿长壁工作面自动开采的实时精确定位需求,基于惯性测量和编码器航位推算的精确相对定位能力,提出了采煤机三维轨迹坐标的测量方法.通过目标工作面端点坐标拾取和航位推算轨迹的整体旋转,推导了工作面自动调直修正量的计算方法.设计了更适用于井下供电环境的导航信息即时存储方案,实现了采煤机断电前后的快速接续位置测量.误差分析表...     

个人导航融合建筑平面信息的粒子滤波方法

针对低成本IMU自主个人导航系统方位漂移的问题,提出了一种融合鞋式IMU、楼层平面图的个人导航解决方案,为实现精度较高的室内相对定位设计了一种新的辅助粒子滤波算法。引入卡尔曼滤波+粒子滤波的级联框架,底层卡尔曼滤波器在捷联解算的基础上,利用零速修正技术估计IMU的位置和姿态;上层粒子滤波器提取步行中每一步的步长和方位变化作为量测,建立相应的步行运动模型融入非线性地图匹配技术。考虑室内应用情境,通过对传递粒子的多步推演预测和选择性剔除,推导了一种新的粒子滤波算法。采集低精度IMU的室内行走数据验证了算法的有效性:约300 m行程的室内导航最终位置误差不超过0.3 m。表明提出的级联滤波算法框架能有效解决建筑平面信息辅助情形下的个人导航问题,新设计的粒子滤波算法有助于提高个人导航系统连续位置测定的精度和可靠性。     

极区飞行法向量惯性导航算法原理

为克服经典力学编排方案在高纬度地区无法定位定向的问题,提出了以地球坐标系为导航坐标系的法向量惯性导航力学编排方案。该方案采用法向量代替传统的经纬度坐标表示水平位置,适合于全球范围内进行导航。推导了法向量导航误差方程,可用于组合导航算法设计,从而对惯导误差进行校正,满足全天候长航时的导航要求。通过仿真验证了法向量导航算法误差特性,证明了该方案可以满足飞机在极区飞行时的需要,解释了飞跃极点时导航定位误差跳变的原因。     

捷联惯导系统改进参数辨识初始对准方法

在线晃动干扰环境下,现有捷联惯导系统(SINS)参数辨识初始对准算法的观测方程建模存在不足,对准收敛速度和精度都会受到影响。提出了改进参数辨识初始对准算法,将计算干扰速度的平均值列入辨识模型参数,提高了初始对准的收敛速度和对准精度,此外,还推导了比力双重积分的参数辨识模型,有利于进一步抑制晃动干扰的影响。仿真结果表明,改进算法消除了现有对准算法中可能存在的固有偏差,获得更加平滑的失准角估计效果。     

基于双轴旋转调制惯性测量的载体导航信息提取方法

针对双轴旋转调制惯导系统在旋转过程中无法直接提供载体角速度等导航信息的问题,提出了一种以标定惯性测量单元与内外框时空关系来精确解调原始旋转惯性测量数据的载体导航信息提取方法。首先,从基于旋转轴的内外框坐标系定义出发,提出了综合考量整圈所有角位置状态的惯性测量单元与内外转轴安装角标定方法。然后,利用转轴方向惯性测量角增量曲线和转位测量角增量曲线的相似平移关系推导了两者之间时间不同步误差的计算方法。进一步,基于滑动数据存储窗口,通过实时测角变化率计算和相邻转位测角外推实现了时间不同步误差的精确补偿。最后,采用基于高次谐波函数的精细化误差模型实现了转轴锥摆运动引起的测角不圆度误差精确标定。采集内外框旋转试验数据验证了所提方法的有效性,结果表明由原始惯性测量信息解调导致的载体航姿提取误差小于0.001°。     

基于外定位阻尼的捷联惯导算法设计

传统外阻尼惯导系统以外速度作为辅助参考,但在仅能提供外定位参考的条件下,为了避免由定位信号差分求取速度时造成噪声放大负面效应,推导了基于定位误差的罗经初始对准算法,并将它与捷联惯导姿态解算相结合,得到定位阻尼捷联惯导算法.该算法具有计算量小和稳定性好等优点,但与Kalman滤波组合导航相比,也有它自己的应用条件并存在一些不足之处.最后,利用GPS定位和激光捷联惯导系统进行了车载试验,验证了所提算法的有效性.