晃动基座上捷联式惯导系统的对准与标定

 本文提出了一种粗对准姿态阵的实时修正和最小二乘估计相结合的捷联式惯导系统在晃动基座上的对准方法。给出的算法在几种不同的晃动条件下进行了仿真计算,并和经典的陀螺罗经对准法作了比较。结果说明这种方法有效地改善了捷联惯导系统在晃动条件下的对准性能。在同样的模拟环境下,与罗经对准法相比,方位对准时间缩短将近一倍。     

速率方位惯性导航系统

本文提出一种把平台式和捷联式惯导系统结合在一起的新的惯性导航系统。在该系统中使用的速率方位平台没有方位稳定回路、方位坐标分解器及同步器。平台和运载器的方位角是根据由水平环架支承的方位速率陀螺讯号借助积分运算得到的。这种惯导系统适用于运输机、飞航式及弹道式导弹等不作大角度俯仰机动的运载器。文中叙述了方位速率平台的工作原理、力学编排方程、初始对准的特点以及陀螺漂移的标定和补偿;同时对各主要误差源所引起的姿态、速度和导航定位误差的传播特性进行了模拟计算。在结论中指出:平台的结构简单、体积小、重量轻、可靠性好、可对方位陀螺的漂移进行标定和补偿是其独特优点。另外,如果利用专门的光学系统,配合已知地标的方位角和纬度,不仅能够实现快速对准,而且还可进行水平陀螺的标定和补偿。     

Tilt-Table Alignment for Inertial-Platform Maintenance without a Surveyed Site

A method for aligning the rotary tilt table for an inertial-platform maintenance facility without surveying the site is analyzed and evaluated. The method utilizes multiple measurements of the tilt-table azimuth alignment error with different inertial platforms to determine a best estimate of the alignment error. Error analysis indicates that useful facility performance can be obtained with only a small number of measurements. The tilt-tablealignment accuracy can be improved as more measurements of the alignment error are made during normal facility operation.     

陆用惯性导航系统非线性对准方法

以某型自行火炮炮载惯性导航系统为研究对象。为解决大方位失准角造成的系统非线性问题,在对大失准角误差模型进行详细分析的基础上,提出了基于快速正交搜索（FOS）和卡尔曼滤波（KF）的非线性参数估计方法。利用事先训练好的非线性误差模型进行对准,既能消除线性姿态误差,又可以对非线性姿态误差起到良好的抑制作用。仿真结果表明,FOS/KF方法的对准精度和实时性远优于扩展卡尔曼滤波（EKF）。对比试验结果表明,单独使用EKF时的方位角误差最大达到14.99°,而FOS/KF可以使方位角误差保持在0.8°以内。FOS/KF方法的估计精度不随系统非线性程度的变化而变化,并且不需要进行粗对准,简化了对准过程,提高了载体机动性。     

晃动基座捷联惯导系统初始对准迭代方法

由于受风力或发动机启动等因素的影响,惯导系统载体(如导弹、飞机、舰船和车辆)经常遇到低频晃动的情况。晃动干扰使得陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅下降,从而导致常用的对准方法无法满足高精度初始对准要求。针对这一问题,提出了一种基于晃动基座的捷联惯导系统迭代初始对准方法。本方法由惯性导航计算出水平速度误差,利用最小二乘法估算出水平角速度误差、姿态误差和航向误差,然后进行迭代计算,从而算出导航初始时刻的姿态和航向。车载(发动机启动)试验结果表明,该算法既提高了晃动基座条件下的初始对准精度,航向角误差的方差采用静态对准时为0.39244°,摇摆对准为0.03331°,本文采用的迭代对准为0.00883°,缩短了对准时间,迭代对准2min的航向角精度等效于静态对准和摇摆对准5min的精度。     

传递对准中载舰挠曲变形和杆臂效应一体化建模与仿真

 针对舰载机惯导系统大方位失准角传递对准的非线性问题,根据舰载机在载舰上的实际停放情况,引入舰载机标称坐标系,并综合考虑载舰挠曲变形和杆臂效应的影响,建立挠曲变形和杆臂效应加速度一体化模型,完善舰载机惯导系统大方位失准角传递对准线性化模型。采用“速度+角速度”组合匹配算法的滤波模型,对固定安装失准角和挠曲变形角进行了估计。结果表明,该模型在舰载机大方位失准角传递对准时可以满足对准精度和时间的要求。     

舰载机惯导系统大方位失准角传递对准建模与仿真

为解决舰载机惯导系统在大方位失准角条件下的初始对准问题,建立舰载机惯导系统传递对准误差模型。该模型通过载舰坐标系与舰载机标称坐标系之间方向余弦矩阵,将载舰坐标系与实际舰载机坐标系之间的大方位失准角问题．转化为舰载机标称坐标系与实际舰载机坐标系间的小方位失准角问题,建立了舰载机传递对准的线性化数学模型,并采用“速度”匹配法建立了传递对准滤波器模型,利用轨迹发生器对模型进行仿真验证。     

传递对准的一种方位估计方法

以往的速度匹配方法通常水平失准角估计精度很高,对准时间快而方位失准角估计不理想,为了克服这个问题,本文推导了一种新的方位估计方法。首先由新的速度匹配方法估计出两个水平失准角,然后把这两个失准角信息当做已知量,计算出了方位失准角。并且根据理论推导进行了仿真,结果表明,该方法估计方位失准角精度高,有很好的实用性。     

Accuracy and Error Sens-itivities for Circular Scan Correlator Systems

Correlation guidance systems are being developed and implemented as a means of improving the performance of tactical and strategic missiles. Performance predictions for these systems often neglect the actual correlator structure due to the mathematical difficulties associated with analyzing practical operating correlation systems. In this paper accuracy predictions and error sensitivities to systematic error sources are presented for a circular scan correlation system using the tracking form of the modified difference squared correlation algorithm. In addition, the sine/cosine modulation required to generate the X and Y tracking commands is considered, as well as unequal range and azimuth resolution. The techniques developed to perform this analysis can be easily applied in a simplified fashion to noncircular scan systems and to correlators using a product correlation algorithm.     

Error estimation of INS ground alignment through observabilityanalysis

A systematic analysis of the observability of an inertial navigation system (INS) in ground alignment with Bar-Itzhack and Berman's error model is presented. It is shown that the unobservable states are separately contained in two decoupled subspaces. The constraints on the selection of unobservable states are discussed. An estimation algorithm which is derived fully from the horizontal velocity outputs for computing the misalignment angles is provided. It reveals that the azimuth error can be entirely estimated from the estimates of leveling error and leveling error rate, without using gyro output signals explicitly     

快速定位定向系统设计及车载实验研究

定位定向系统是能为载体提供精确地理位置坐标、指北方向和姿态角的导航系统,通常用于舰船、飞机、车辆等功能平台,为平台上的设备提供准确的位置和姿态参考信息.本文针对车载平台机动性高的特点,设计能够实现运动中对准的快速定位定向系统,开展捷联惯导数字递推算法、航位推算、多源信息组合导航、动基座对准算法、系统免标定、误差补偿等算法和技术研究.最后,开展静态对准、静态导航和动态车载实验研究.实验结果表明,动态对准时间小于5min,对准姿态精度小于1mil,方位保持精度小于1mil/2h,横滚角、俯仰角保持精度小于0.5mil/2h,里程计/惯导组合水平定位精度小于0.15％D,卫星/惯导组合水平定位精度小于10m.     

基于五阶容积-二阶平滑变结构滤波算法的捷联惯导系统初始对准技术

为了改进捷联惯导系统大方位失准角初始对准情况下的方位失准角对准精度和稳定性问题,提出了一种组合对准方法。该方法将Kalman滤波对准模型与罗经对准模型相结合构建了一种组合对准机制,并在此模型基础上提出了基于非线性滤波和鲁棒滤波的五阶容积-二阶平滑变结构滤波算法,将五阶容积-二阶平滑变结构滤波算法与组合对准机制相结合,从而实现大方位失准角的初始对准。仿真结果表明,五阶容积-二阶平滑变结构滤波对准方法得到的方位失准角对准精度明显优于常见的几种对准方法,且其对准结果的重现性更高。因此,提出的五阶容积-二阶平滑变结构滤波算法能够很好地适用于大方位失准角的初始对准。     

一种速度匹配动基座传递对准的方法

介绍了一种速度匹配的动基座传递对准的方法。主子惯导均采用平台系统的指北导航方式,推导了平台对准误差方程,利用主子惯导的速度差信息构建控制回路对子惯导平台的水平失准角进行反馈修正,同时用卡尔曼滤波器估计出方位失准角,从而实现子惯导的初始对准。建立了相应的模型,对该传递对准方法进行了仿真验证,在仿真时考虑了杆臂效应的影响,加入了杆臂效应的算法补偿机制。仿真结果数据跟理论推导基本吻合,验证了方法的可行性。     

Multiposition alignment of strapdown inertial navigation system

The authors demonstrate that the stationary alignment of strapdown inertial navigation system (SDINS) can be improved by employing the multiposition/technique. Using an observability analysis, it is shown that an optimal two-position alignment not only satisfies complete observability conditions but also minimizes alignment errors. This is done by analytic rank testing of the stripped observability matrix and numerical calculation of the error covariance. It is also shown that an optimal three-position alignment accelerates the convergence of the alignment error compared with two-position alignment     

Performance Analysis of Monopulse Receivers for Secondary Surveillance Radar

In modern secondary surveillance radar (SSR) the monopulse technique is currently introduced for the measurement of the azimuth of the targets. The monopulse technique is based on a suitable processing of signals received by a multiple antenna. In SSR the signals are generated by a transponder on the aircraft as replies to interrogations from ground equipment, and consist of trains of pulses. The monopulse measurements can be carried out on the basis of a single pulse from each train, so that it provides a great number of azimuth estimates. Many monopulse measurement devices exist, corresponding to different processing techniques. From the point of view of accuracy and precision, their behaviors differ with respect to the sources of errors, both internal (noise and imperfect calibrations) and external (interference and propagation effects). The four main types of monopulse receivers are analyzed here with respect to the effects of the internal error sources on the resulting measurement accuracy. After an introductory discussion of the performances of the receivers, a detailed analysis is carried out on the basis of a general mathematical model. The results are given in an analytical form and in some comprehensive diagrams.     

基于边缘采样的简化高阶CKF在非线性快速传递对准中的应用

针对舰载机惯导系统非线性传递对准问题中误差模型不完善的问题，同时考虑了挠曲运动和动态杆臂的影响，提出了一种新的适用于大方位失准角情形下的挠曲变形和杆臂效应加速度一体化误差模型。采用高阶容积卡尔曼滤波（HCKF）算法对状态进行滤波估计，考虑到HCKF具有较大的计算量，分析了传递对准模型的状态方程与量测方程结构，设计了一种基于边缘采样的简化高阶容积卡尔曼滤波（M-RHCKF）算法，其在时间更新中使用边缘采样算法，在量测更新过程中使用简化量测更新过程，并给出了该算法的证明过程。采用"速度+姿态"组合匹配方式，对提出的误差模型进行仿真实验。结果表明，该模型可以满足对准精度和对准时间的要求，相比于未考虑动态杆臂的传递对准模型具有更高的对准精度。     

单轴旋转惯导系统多位置对准技术研究

单轴旋转惯导系统很容易实现多位置对准,在初始对准中通过改变姿态矩阵,可以提高惯导系统的可观测度,从而提高初始对准的精度.推导了单轴旋转惯导系统的误差方程,在分段线性定常系统理论的基础上,利用奇异值分解的方法,对多位置对准时系统各状态变量的可观测度进行了分析.分析了旋转轴不正交误差对初始对准精度的影响,结果表明旋转轴不正交误差严重影响对准精度,需要对旋转轴不正交误差进行标定和补偿.提出了一种旋转轴不正交误差的标定方案,并对该方案进行了仿真分析,验证了该方案的可行性.     

基于改进强跟踪ASCKF算法的SINS/GNSS组合对准方法

大方位失准角下的SINS/GNSS组合对准系统呈非线性,采用传统的卡尔曼滤波方法进行初始对准易导致对准精度下降甚至滤波发散。基于此,提出了一种基于改进强跟踪自适应平方根容积卡尔曼滤波算法的组合对准方法。该方法采用QR分解求取协方差的分解因子,并在状态预测方差阵的平方根更新中引入多重渐消因子调整滤波增益;同时,基于Sage-Husa自适应滤波,引入改进的时变噪声估计器实时估计噪声的统计特性。仿真结果表明,采用改进的滤波算法进行大方位失准角下的组合对准,对准精度明显提高。     

高斯-厄米特滤波器在捷联惯导系统初始对准中的应用

 为提高静基座初始对准精度,缩短对准时间,采用了基于大方位失准角的对准模型,引入了高斯-厄米特滤波器(GHF)。针对GHF中均值和协方差阵的多元非线性高斯积分求解问题,利用初始对准误差方程的非线性是由大方位失准角导致的特点,通过状态的线性变换,求其线性状态解析解,将高维积分转化成一元数值积分,在不损失精度的前提下,解决了GHF在对准应用的"维数灾难"问题。将此算法用于实际系统,对比于扩展卡尔曼滤波器(EKF)、无迹卡尔曼滤波器(UKF),结果表明在大方位失准角条件下,GHF方法偏航角的对准精度提高了16%,对准时间缩短了75％。     

Unscented粒子滤波在静基座捷联惯导系统大方位失准角初始对准中的应用研究

 静基座大方位失准角的捷联惯导系统误差方程是非线性的，Unscented粒子滤波从非线性系统状态向量概率分布出发，结合Unscented卡尔曼滤波和粒子滤波的特点，无需对非线性系统模型进行处理而能达到较高的滤波精度。本文对Unscented粒子滤波进行了研究，并结合重采样算法，运用于捷联惯导系统静基座大方位失准角初始对准中，计算结果验证了该方法的有效性与优越性。