ECEF坐标定位下极区格网惯导误差算法研究

极区飞行格网惯性导航方式能够较好地解决由于极区子午线在极点汇聚收敛所导致的传统惯导系统定向丢失、定位误差剧增的问题,但其以经纬度及高度的定位方式在极区高纬度地区依然存在过极点时刻明显跳变误差的现象,推导并采用的基于地心地固(ECEF)坐标系表示的极区格网惯性导航误差模型旨在解决此类跳变现象,提高导航定位精度,且模型可方便用于组合导航算法设计;通过仿真验证,忽略惯性器件误差条件下,基于ECEF坐标定位的导航误差规律同常规力学编排误差一致合理,可满足导航需求。     

基于虚拟圆球模型的格网SINS/GNSS极区组合导航方法

由于地球椭球模型下格网系惯性导航系统力学编排复杂,因此,在推导格网系惯性导航误差方程时使用地球圆球模型来简化计算.针对此问题,提出了基于地球虚拟圆球模型下的格网系惯性导航力学编排,并在此基础上推导了格网系误差方程,设计了基于虚拟圆球模型下的格网系捷联惯性导航系统(SINS)与全球卫星导航系统(GNSS)的组合导航系统,实现了组合导航系统模型统一化.将中、低纬度跑车实验数据通过虚拟极区方法转换为极区实验数据,实验结果表明:稳定后姿态误差低于0.3',速度误差低于0.1m/s,位置误差低于5m,可以满足极区航行的导航精度要求.     

极区航海用惯性导航系统综述

目前,航海用惯性导航系统普遍采用常规的当地水平固定指北机械编排,不适合极区工作,为了满足航海导航的需要,研究了极区惯性导航技术。给出了常规机械编排在极区导航中面临的主要问题,阐述了国内外极区惯性导航系统的发展与现状,分别介绍了自由方位、游移方位、格网及横坐标惯性导航系统的机械编排,并分析了它们存在的问题,最后简要给出了未来极区导航技术研究的发展方向。     

舰载武器捷联惯导系统极地传递对准算法

针对我国海军舰载武器捷联惯导系统的极地作战环境适应性问题,分析了武器惯导在极区条件遇到的两大挑战:极区航向输出与高精度对准问题。对于极区导航问题,在导航解算中设定不重合于地理系的格网导航坐标系以解决航向输出难题;对于高精度对准问题,也提出了格网导航系下的"速度+姿态角速率"匹配传递对准解决方案。最后通过模拟仿真舰艇极地航行条件,验证了格网导航以及传递对准方法在极地条件的适用性。     

二频机抖激光陀螺单轴旋转惯导系统阻尼技术研究

为降低单轴旋转惯导系统输出的振荡误差,提高系统导航精度,本文立足于平台式惯导系统阻尼的基本原理,将阻尼技术推广到捷联惯导系统中,推导了捷联惯导系统阻尼解算算法,进行了二频机抖激光陀螺单轴旋转惯导系统纯惯性导航试验,以及外速度水平阻尼和外速度全阻尼离线仿真实验。结果表明,和纯惯导相比,外速度水平阻尼网络能够有效地消除系统舒勒周期振荡误差,最大速度误差由1.2m/s减小到0.28m/s,最大位置误差也由1.2nm减小到0.8nm。外速度全阻尼网络能够同时消除舒勒周期振荡误差和地球周期振荡误差,最大位置误差由1.2nm减小到0.62nm,有效地提高了系统的输出精度。     

弹道导弹捷联惯导/天文组合导航方案研究

通过分析捷联惯性导航和天文导航的特点,提出利用扩展卡尔曼滤波方法融合捷联惯导和星光测量信息以提高弹道导弹落点精度的可行方案。研究了捷联惯导系统误差模型,建立了滤波误差状态方程和星敏感器原始信息测量方程。星敏感器从发动机关机后开始工作,在滤波过程中对捷联惯导测量误差进行了反馈校正。仿真结果表明,星敏感器开始工作后导弹的位置、速度和姿态误差的方差立即减小,导弹的落点精度也大幅度提高。     

极区横向地理系空间稳定型惯导算法研究

针对地心惯性系和当地地理系的空间稳定型惯导系统导航算法在极区导航失效的问题,提出了适用于空间稳定型惯导系统的极区导航算法。该算法通过伪经纬网构建了横坐标系参考框架,建立了横向地理系空间稳定型惯导系统力学编排,并在此基础上重新推导了通用的误差模型。最后,通过极点附近区域与穿越极点区域仿真分析了算法的极区有效性。仿真结果表明该算法在极点附近区域解算的伪航向角误差小于3′,伪经度误差小于4′;在穿越极点区域解算的伪纵摇角、伪横摇角误差小于0.3′,伪航向角误差小于3′,伪东向、伪北向速度误差小于1m/s,伪经度、伪纬度误差小于4.2′。该算法克服了极区导航计算溢出、误差放大等问题,提高了系统的极区导航精度,能够满足极区导航要求。     

双轴旋转式激光捷联惯导系统的转位方案研究

惯性导航系统的误差随时间累积,旋转调制技术可以有效地提高惯导系统的长航时精度,旋转调制方案是决定旋转式捷联惯导系统导航精度的一个重要因素.针对双轴旋转惯导系统,相较于16次序转位方案,提出了一种新的32次序双轴旋转调制方案.根据捷联惯导系统的误差方程,推导出旋转捷联惯导的误差方程,分析了误差补偿的机理,研究了惯性器件常值偏置误差、标度因数误差和安装角误差的传播特性.仿真结果表明,32次序双轴旋转调制方案相对于16次序转位方案有明显的优势,可以有效地降低姿态角误差和经纬度误差.     

车载捷联惯导与里程计组合导航技术研究

惯导的误差随着时间增长是积累的,可采用里程计辅助捷联惯导构成纯自主的车载组合导航系统.利用捷联惯导的速度和里程计测量的速度之差作为观测量,通过卡尔曼滤波技术校正惯导的导航参数,可以有效地抑制惯导误差的积累,提高导航参数的精度.本文推导了组合导航系统的模型,从理论上用特征值方法分析了系统的可观测度,进而设计轨迹进行了仿真...     

SINS/GNSS组合导航测试系统用惯导模拟源技术研究

针对光纤陀螺SINS(捷联惯性导航系统)与GNSS(全球卫星导航系统)组合导航产品高动态性能测试难的问题,本文研究了一种组合导航测试系统,并对捷联惯导模拟源进行了重点研究.首先以捷联惯导解算算法为基础逆推出了捷联惯导模拟源算法,然后对捷联惯导模拟源进行了功能实现,可以与导航卫星信号模拟源同步向组合导航计算机发送数据用于组合导航解算.最后对捷联惯导模拟源的功能与性能进行了验证.结果表明,捷联惯导模拟源功能正常,模拟数据的精度达到设计要求.利用此惯导模拟源与导航卫星信号模拟源配套使用,将可满足后续SINS/GNSS组合导航系统的相关性能测试或验证要求.     

机载双轴旋转调制激光惯导系统误差特性及关键技术分析

在未来作战环境下,长航时远程作战飞机对全自主长航时高精度导航系统提出了迫切的需求,对提高作战能力起着重要作用.对比各种导航手段,其中双轴旋转调制激光惯导系统是目前唯一一种可行的全天候全自主高精度导航手段,从双轴旋转调制惯导系统的原理出发,对双轴旋转调制激光惯导系统机载应用的误差特性及关键技术进行深入分析,结果表明:对于1n mile/12h的导航精度,双轴旋转调制惯导系统较捷联惯导系统对陀螺漂移精度要求降低一个数量级,关键技术实现方案合理可行.     

Strapdown inertial navigation using dual quaternion algebra: error analysis

In a strapdown inertial navigation system (INS), the general displacement of a rigid body is traditionally separately modeled and analyzed, i.e., direction cosine matrix or quaternion for rotation analysis and vector for translation analysis. As a subsequent work of a companion paper (Wu et al., 2005), this paper adopts dual quaternion algebra, a most concise and unified mathematical tool for representing the general displacement of a rigid body, to analyze error characteristics of the strapdown INS. Two new error models in terms of quaternion algebra are developed: the additive dual quaternion error (ADQE) model and multiplicative dual quaternion error (MDQE) model. Both are expected to facilitate the future inertial navigation-based integrated navigation filter.     

单轴旋转捷联惯导系统重力扰动补偿方法研究

随着惯性器件精度的提升以及系统级补偿技术的应用,惯性导航系统精度得到不断提升。原先忽略的一些误差源如重力扰动,成为制约惯导精度进一步提升的关键。针对该问题,研究了单轴旋转捷联惯导系统重力扰动补偿,补偿所需重力扰动信息通过德国波尔茨坦GFZ研制的EIGEN-6C4计算得到。仿真结果表明,经重力扰动补偿后,单轴旋转捷联惯导系统精度有显著提升。     

主惯导速度误差短周期波动对子惯导传递对准影响分析

随着激光陀螺技术的发展,旋转调制式激光陀螺惯性导航系统逐渐成为舰载主惯导系统,舰载机、舰载武器系统需要旋转调制式激光惯导系统提供的姿态、速度和位置信息进行对准,即主子惯导的传递对准。由于旋转调制式系统中的姿态、速度和位置具有随旋转的短周期波动问题,势必会影响对准时间较短的子惯导对准精度。为了保证传递对准的快速性,一般采用速度匹配方法。定量分析了主子惯导传递对准过程中主惯导速度误差短周期波动对子惯导系统对准精度的影响,首先进行了数字仿真,之后利用双轴激光陀螺惯导、纯捷联光纤陀螺惯导数据进行了半实物仿真,验证了主惯导速度误差的一次项系数与子惯导初始对准水平姿态误差呈线性关系,二次项系数与子惯导初始对准航向误差呈线性关系。     

捷联惯性导航系统动静态误差特性分析研究

捷联惯性导航系统动静态误差特性是基于惯性的组合导航系统的主要误差来源。为此,根据捷联惯性导航系统的误差状态方程,本文分析了不同动静态情况下的捷联惯导系统的误差漂移特性。针对静基座和动基座的不同特点,分别采用了特征根和基于数值仿真分析的方法,并建立了相应的误差特性分析模型。重点研究了陀螺常值漂移、加速度计零位偏置和随机性误差对惯性导航系统误差漂移特性的影响;全面分析验证了惯性导航系统的动静态误差特性。本文的研究工作将为惯性组合导航系统误差分析建模提供了有益的参考。     

一种适用于跑步状态的惯性/零速/GPS室内外无缝组合导航定位方法

目前，行人导航定位技术已经深入社会的众多领域，受到诸多学者的广泛关注。针对行人跑步状态，研究了一种惯性/零速/GPS室内外无缝组合导航定位方法。首先提出了可靠的、适用于行人跑步零速检测的方法，有效提高了在行人跑步状态下的零速检测的准确性。针对GPS信号容易受到高楼、高架等环境的干扰及在室内容易完全丢失的特点，提出了基于BP神经网络的GPS可用信号筛选方法，提高了GPS信息的可靠性与精准性。在此基础上，研究了基于可变量测的Kalman滤波器，实现了惯性/零速/GPS信息的有效融合，显著提高了在行人跑步状态下的导航定位精度。试验结果表明，所提出的这种适用于跑步状态的惯性/零速/GPS室内外无缝组合导航定位方法的平均定位误差可减小到行人跑步总里程的1%以内。     

Kalman filter mechanization for INS airstart

A strapdown mechanization and associated Kalman filter are developed to provide both ground align and airstart capabilities for inertial navigation systems (INSs) using Doppler velocity and position fixes, while not requiring an initial heading estimate. Position update during coarse mode is possible by defining sine and cosine of wander angle as filter states and modeling the position error in geographic frame while integrating velocity in the wander frame. INS Global Positioning System (GPS) differential position due to GPS antenna moment arm can aid heading convergence during hover turns in helicopter applications. Azimuth error state in the fine mode of the filter is defined as wander angle error to provide continuous estimation of navigational states, as well as inertial/aiding sensor errors, across the coarse-to-fine mode transition. Though motivated by a tactical helicopter application, the design can be applied to other vehicles. Advantages over conventional systems in addition to the airstart capability include robustness and versatility in handling many different operational conditions     

SINS/DVL水下组合导航系统的误差分析与改进技术

探讨了一种适用于SINS/DVL组合导航系统的滤波原理,通过分别建立捷联惯导系统误差模型和多普勒误差模型,利用间接卡尔曼滤波原理和反馈校正法,对系统进行仿真与分析,由惯性器件的误差方差通过导航系统的误差模型得出导航参数的误差方差,结果表明,该组合导航系统的定位精度要远远高于单纯捷联惯导系统。同时,针对SINS/DVL组合导航系统工作特点及特定情况下AUV的定位精度要求,提出了一种GPS辅助SINS/DVL组合导航系统导航定位的方案。     

视觉辅助惯性定位定姿技术研究

在利用视觉系统辅助捷联惯性导航系统( SINS)进行定位定姿时,由于两者输出的位置表示方法不同,在信息融合时会存在匹配问题。以相对地理坐标系作为定位定姿系统的导航坐标系,重新对SINS进行了力学编排,分析了其误差传递特性,建立了相对地理坐标系下的状态方程模型,并利用Kalman滤波器实现了视觉辅助惯性定位定姿算法。仿真结果表明,方法避免了信息融合时位置匹配问题,同时降低了系统的计算量,满足了定位定姿系统的精度要求。