带单轴稳定惯导系统的初始对准

 一、概述 带单轴稳定的惯导系统是一种为避免或减小对陀螺进动角速率动态范围要求过大,而以现有挠性陀螺为基础构成的混合式惯导系统。在这种系统中,由于有一个可以任意控制转动的稳定轴,使实现对准的方法也具有一定的特点。例如可采用的方案之一是,把稳定轴锁定,利用与纯捷联式系统相类似的方法实现对准;另一种方案则是,使惯件测量部件的横向轴围绕稳定轴调平,然后再采用闭环或开环方式估计方位角和俯仰姿     

惯性导航系统各种传递对准方法讨论

 本文按对准基本原理将惯性导航系统各种传递对准方法分为两大类,一类可称为计算参数匹配法,它包括速度匹配和位置匹配;另一类可称为测量参数匹配法,它包括加速度匹配、姿态匹配和角速度匹配。文中详细讨论了这两类方法的性质,指出:计算参数匹配法类似静基座自对准和空间率对准,在载体无机动动作时对准时间较长。测量参数匹配法对准时间短,但受载体挠性变形的影响大。     

动基座下INS/GPS组合导航系统初始对准研究

为了提高INS/GPS组合导航系统在动基座下的对准精度及对准快速性,针对位置/速度组合模式,确定其动基座下初始对准卡尔曼滤波方案,并进行计算机仿真。仿真结果表明,卡尔曼滤波算法在INS/GPS组合导航系统动基座初始对准中精度较高、收敛速度快、对水平失准角有较好的估计效果,是一种有效的估计方法。     

BP神经网络在惯导系统传递对准中的应用

针对系统阶次较高时卡尔曼滤波实时性较差的特点,将多层BP神经网络替代卡尔曼滤波应用于舰载机惯导系统的传递对准。利用卡尔曼滤波的输入、输出作为BP神经网络滤波的样本对值进行训练,得到了神经网络的输出值,实现了惯导传递对准中的滤波功能。仿真结果表明,将BP神经网络用于传递对准,既获得了与卡尔曼滤波相当的精度,又有效地降低了系统的解算时间,提高了系统的实时性。     

改进的GPS/INS组合导航选星算法

在已有的 GPS定位的选星算法的基础上,从组合系统量测矩阵出发提出了一种适用于 GPS/INS组合导航的选星算法。此算法在原有算法的基础上,考虑了卫星仰角、方位角对卡尔曼滤波器可观性的影响,避免因观测量与系统状态间关联项的减少而导致的滤波器可观性下降,从而保证滤波器性能的稳定。     

一种用于机动目标跟踪的新自适应卡尔曼滤波算法

在“当前”模型的概念下,从工程实现的背景出发,提出了一种用于机动目标跟踪的新自适应卡尔曼滤波算法。基本思想是通过对加速度项引入加权因子来进一步突出“当前”信息的作用,为“当前”模型提供更加准确的“当前”信息。蒙特卡罗模拟结果表明,算法不仅克服了“当前”模型自适应卡尔曼滤波算法的缺陷,而且使跟踪性能得到进一步的提高。     

地磁辅助的无缝INS/GPS组合导航研究

INS/GPS组合导航已经成为当前无人机导航系统的主要实现形式,由于GPS信号容易受到干扰,在恶劣的电磁环境下信号易丢失,从而导致GPS卫星信号失锁而无法使用。地磁导航作为一种无源导航方法,其难以受到外界干扰且具有较强的自主性,从而为克服GPS在干扰情况下无法对INS误差实现持续无缝修正的不足提供了很好的途径。针对INS/GPS组合导航中GPS卫星信号失锁的情况,设计提出了使用地磁匹配导航进行辅助实现无人机无缝导航的实现方案,设计了基于地磁特征的地磁匹配算法和地磁匹配辅助的INS/GPS组合无缝自主导航算法,并通过仿真验证了采用地磁匹配辅助导航方法,可以在GPS无效的情况下,实现对INS导航误差的持续无缝修正,从而提高导航系统性能。     

基于可观测性分析的旋转式惯导系统在线自标定方法的设计

本文建立了速度误差外观测量的静基座双轴旋转式惯导系统在线标定卡尔曼滤波模型,其状态向量包括地速误差、姿态失准角和惯性器件零偏、标度因数误差、安装误差,可估计旋转式惯导系统失准角与惯性器件误差参数。通过分段线性定常系统(PWCS)可观测性分析方法分析不同旋转方式下系统可观测性变化情况,得出双轴连续旋转的角运动方案可以改善卡尔曼滤波滤波的可观测性。根据基于奇异值分解的可观测度分析结果进行模型降阶,同时结合旋转式惯导系统的工程应用特性,得到12阶卡尔曼滤波参数模型。降阶系统阶数降低约55%,可以显著降低运算量,有效提高了导航计算机运算效率和实时性。仿真实验表明：降阶模型的估计精度不低于原模型,而且部分状态量的滤波收敛速度有提高。     

Quadratic extended Kalman filter approach for GPS/INS integration

GPS/INS integration system has been widely applied for navigation due to their complementary characteristics. And the tightly coupled integration approach has the advantage over the loosely coupled approach by using the raw GPS measurements, but hence introduces the nonlinearity into the measurement equation of the Kalman filter. So the typical method for navigation using measurements of range or pseudorange is by linearizing the measurements in an extended Kalman filter (EKF). However, the modeling errors of the EKF will cause the bias and divergence problems especially under the situation that the low quality inertial devices are included. To solve this problem, a quadratic EKF approach by adding the second-order derivative information to retain some nonlinearities is proposed in this paper. Simulation results indicate that the nonlinear terms included in the filtering process have the great influence on the performance of integration, especially in the case that the low quality INS is used in the integrated system. Furthermore, a two-stage cascaded estimation method is used, which circumvents the difficulty of solving nonlinear equations and greatly decreases the computational complexity of the proposed approach, so the quadratic EKF approach proposed in this paper is of great value in practice.     

基于对偶四元数的INS/GPS组合导航算法研究

在基于对偶四元数的捷联惯导解算方法的基础上,推导了以惯性系作为导航系的惯导误差方程,在此基础上设计了卡尔曼滤波组合导航算法。通过激光惯导跑车采集数据,进行了仿真分析,试验结果表明,该组合导航算法能有效的消除惯导累积的速度误差和位置误差,相比于目前广泛应用的INS/GPS组合导航算法,本文描述了INS/GPS组合导航的另一种实现方式,获得了相当的精度,具有一定的工程应用价值。     

基于强跟踪滤波的GPS/INS组合导航系统对准技术研究

针对卡尔曼滤波鲁棒性较差的问题,研究了基于强跟踪滤波方法的GPS/INS对准。建立了GPS/INS组合导航系统对准的误差模型,对机载装备系统进行GPS/INS组合导航系统的对准仿真分析,验证该方案的可行性及强跟踪滤波器的性能。仿真结果表明,采用强跟踪滤波能够根据残差的变化求出渐消因子,能够在机动过程中有效跟踪系统状态量,从而提高对准精度和速度。采用强跟踪滤波的GPS/INS组合导航系统对准技术可以保证对准的快速性及对准精度,对工程应用具有重要的参考价值。     

基于模糊自适应滤波的水下INS/DVL组合导航研究

由于水下环境的复杂性,多普勒测速(DVL)误差的均值和噪声方差等统计特性均存在跳变现象,影响了INS/DVL组合导航精度。为此提出了一种基于模糊自适应滤波的水下INS/DVL组合导航算法,通过实时监测滤波残差的均值变化以及滤波残差方差与理论滤波残差方差的不一致程度,利用隶属度函数在线修正多普勒测速偏差以及量测噪声的统计特性。本文改进了已有模糊自适应滤波算法未考虑观测误差均值跳变以及对残差方差变化过于敏感的问题,并对DVL零偏跳变进行了修正。试验表明,所提出算法对多普勒测速误差的均值和噪声方差跳变具有较强的适应性,能够有效提高水下INS/DVL组合导航精度。     

非线性系统在线模糊建模的快速算法

对于复杂、病态、非线性动态系统,基于模糊集合的模糊模型,利用模糊推理规则描述动态系统的特性,是一种有效方法。讨论了利用模糊方法实现非线性系统的建模方法。首先,利用在线模糊竞争学习方法划分输入变量的模糊空间,然后利用卡尔曼滤波算法辨识模糊模型的参数。仿真结果表明了该方法的实用性和有效性。     

舰载机惯导系统快速传递对准方法建模与仿真

为解决舰载机惯导系统在大方位失准角条件下的快速传递对准问题,提出了一种新的线性化方法.通过舰船坐标系与舰载机标称坐标系之间的方向余弦矩阵,将舰船坐标系与舰载机实际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舰载机实际坐标系之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,采用"速度+姿态"匹配法对传递对准滤波器进行仿真.结果表明在20 s时间以内曲线即收敛,使得水平失准角误差和方位失准角误差在1以内,满足了对准速度和精度的要求,克服了传统方法对准时间较长的缺点.     

机动目标的模型与跟踪算法

 <正> 在机动目标的“当前”统计模型中,目标的加速度被描述为修正的瑞利—马尔科夫过程,对应的自适应跟踪算法呈现出较好的跟踪特性。文献[2]研究了该模型及其自适应算法在实际的机载雷达跟踪系统的应用;文献[3]进一步推广了基于“当前”模型的MPDAF算法。本文提出一个新的机动目标模型,即假定目标加速度为一高斯—马尔     

基于Kalman滤波的GPS/INS接收机自适应干扰抑制方法

 考虑到惯导信息辅助GPS(GPS/INS)接收机对干扰抑制实时性的要求,提出一种基于Kalman滤波的GPS/INS接收机自适应干扰抑制方法。自适应广义旁瓣相消(GSC)多采用低复杂度最小均方(LMS)算法更新权矢量,收敛速率较低,严重时会导致接收机定位中断。首先利用Householder变换构建GSC下支路的阻塞矩阵,用于阻塞任意二维阵型阵列接收的期望信号;再用Kalman滤波自适应更新下支路权矢量,从而有效提高阵列输出信干噪比(SINR)。理论分析和仿真结果说明本文方法可有效抑制干扰对接收机的影响,且具有实时性高的特点。     

INTEGRATED GPS/INS OF PSEUDO-RANGE DELTA-RANGE SEMI-PHYSICAL SIMULATION'S RESEARCH

In order to further study the performance of tightly integrated navigation system of GPS/INS, a semi-physical simulation of tightly coupled system has been done based on the data gathered from the experiment of integrated system of GPS and INS. The closed-loop Kalman Filter and U-D discompose algorithm have been used. The simulation results associated to four integrated models of pseudo-range, delta-range, pseudo-range and delta-range alternation, and pseudo-range and delta-range synthesis have been provided, and the actual effects of variously integrated models have been analyzed. The results show that the pseudo-range and delta-range synthesis coupled model is the most effective to improve the coupled system performance and the individual delta-range coupled model had better be avoided in application.     

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％。     

基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法

在机群协同编队飞行中,编队成员仅装载惯性导航系统(INS)的方式具有隐蔽、抗干扰等明显的优势,但随着航时的增加,INS误差将不断累积.使导航系统失效,为此,提出基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法.首先,建立了编队成员相对导航运动模型及非线性观测模型,采用量测重构技术构造了伪线性观测模型并推导了观测噪声协方差矩阵...     

组合导航系统中一种基于特征值分解的自适应信息融合滤波算法

基于分散滤波理论的联合滤波算法,可以有效地降低组合导航系统的计算负担,并且增强系统的容错性能。给出了一种联合滤波算法中信息分配系数的自适应计算方法,能够使联合系统根据导航过程中各传感器的信息质量的变化合理地反馈全局信息。仿真结果表明,该算法可以有效地降低由于导航子系统降级带来的滤波误差。