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。     

车载单天线GPS/MEMS-SINS组合对准算法

捷联式惯性导航系统（SINS）需要精确的初始姿态信息进行姿态、速度和位置解算,而微机电系统（MEMS）惯性传感器由于精度限制无法完成自对准。为了解决这个问题,提出一种基于单天线GPS测姿和MEMS SINS的组合对准算法。采用单天线GPS在载体稳定协调运动条件下给出粗略的航向角信息,进行姿态粗对准。在精对准阶段,使用GPS提供的载体的航向角、位置和速度信息作为观测量,建立Kalman滤波器,对捷联式惯性系统的误差项进行估计,得到精确的姿态矩阵（DCM）,完成对准。经过仿真和车载试验验证,对准后的俯仰角和横滚角均方误差在0.1°内,航向角均方误差在0.5°以内。表明算法可以在运动条件下完成载体的对准要求,有一定的实用价值。     

舰载武器捷联惯导速度匹配传递对准技术研究

速度匹配传递对准受船体变形影响小,对准精度高,是舰载武器常用的传递对准方法之一。模拟实船情况,对速度匹配传递对准性能进行了深入仿真研究。研究结果表明：（1）速度匹配传递对准不易受船体变形影响。（2）舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能。舰船在匀速直航状态下,水平姿态角对准精度能达到0.4＇,方位姿态角对准精度2′左右。等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,等效东向陀螺漂移和加速度计零偏无法估计。舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,等效东向陀螺漂移和加速度计零偏能够估计出来,估计精度达90%以上。（3）基准信息阶跃变化会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

惯性/里程计组合导航无地标行进中自主对准

载车行进中自主对准可有效缩短机动前准备时间,提高姿态对准精度以及对准过程中无地标自主定位精度是关键。本文提出一种里程计辅助捷联惯导系统行进中对准算法,推导了行进中精对准滤波模型以及对准过程中无地标自主定位算法。为缩短对准时间、减小由于航向角误差未收敛时造成的定位误差,利用回溯法将粗对准过程存储数据用于精对准过程,且回溯法仅需存储少量数据适合于工程应用。车载实测数据分析表明算法可同时实现行进中自主对准与对准过程中无地标自主定位,有效提高了载车快速机动能力,航向角对准精度优于1 mil,对准过程中无地标自主定位精度优于0.3%行程。     

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。     

大航向角误差情况下飞行中对准研究

为了解决飞行器在大航向角误差的情况下进行飞行中对准的难题,将一种线性大航向角误差模型应用于飞行器飞行中对准的过程.详细推导了线性大航向角误差模型,设计了飞行器在大航向角误差情况下进行飞行中对准的卡尔曼滤波模型,并进行了数字仿真.仿真结果表明,线性大航向角误差模型应用于飞行器飞行中对准,能够很好地解决飞行器在大航向角误差情况下进行对准的难点,并给出了适合于大航向角误差模型的机动方式.最后,提出了线性大航向角误差模型在工程应用中的几点建议     

基于激光多普勒测速仪的车载捷联惯导系统行进间快速对准方法研究

在载体线运动状态下,单纯依靠捷联惯组自身的测量是无法实现自主对准的,此时传统的粗对准方法误差大甚至不可用。本文设计了一种基于激光多普勒测速仪的行进间快速对准方法,理论分析表明,通过对传统惯性系对准算法中加入速度及加速度修正项完全可以实现载体存在非周期线运动情况下的快速对准。仿真结果表明,在激光多普勒测速仪测速精度在0.5%、输出速度更新频率在20Hz的情况下,输出对准姿态角在150s以内即可收敛到稳态值,横摇角和俯仰角误差在25″以内,航向角误差在0.03°以内,可以满足一定精度范围内的快速对准需求,也可以为后续的精对准过程提供较为准确的初始姿态。     

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。     

INS/GNSS组合导航系统空中快速对准方法

针对机载惯性/全球导航卫星系统(INS/GNSS)组合导航系统地面静基座对准时间较长、航向对准精度较低以及惯导空中故障重启后无法快速得到精确姿态信息重新进入导航状态等问题,提出一种快速初始对准方法。该对准方法基于惯性导航比力方程,利用GNSS的定位、测速信息与惯性测量组件(IMU)的输出信息解算载体姿态信息,并结合遗传-牛顿算法与求和自回归滑动平均(ARIMA)模型卡尔曼滤波信号降噪技术提高姿态信息的解算精度。基于实测飞行数据的解算验证了该方法的有效性、对准精度以及在实际工程应用中的优越性。     

机载导弹空中二次快速传递对准方法研究

针对机载导弹GPS/SINS组合导航系统,提出了一种空中动基座二次快速传递对准方法。该方法在对准第1阶段采用速度加姿态变化量匹配方法,主要完成航向对准,同时初步进行水平对准;在对准第2阶段采用速度匹配方法,其任务是在第1次传递对准的基础上,进一步完成水平对准。第2次传递对准可在数秒钟之内完成,因而缩短了携弹对准飞行时间。第2次的水平对准摆脱了机翼挠性变形的影响,提高了水平对准精度。仿真结果表明了方法的有效性。     

姿态航向参考系统中磁罗盘安装误差补偿研究

在飞行状态下,姿态航向参考系统的航向由磁航姿计算机的姿态和磁罗盘的磁通量算得,由于磁罗盘和航姿计算机在机上有安装误差,使得算出的航向有一定偏差,针对这一问题,文章提出了一种补偿机上磁罗盘安装误差的方法。机上试验表明:该方法补偿了磁罗盘在机上的安装误差,可有效提高磁航向的精度。     

基于EKF的小型涵道式无人机航姿系统算法研究

针对小型涵道式无人机,设计了一种基于扩展Kalman滤波的航姿估计算法。采用四元数作为状态变量,利用陀螺仪的输出构成状态方程,通过加速度计与磁阻传感器构造观测方程来进行扩展Kalman滤波解算。相对于通常的航姿估计算法,这种算法减少了运算量,更适合于基于嵌入式微处理器的航姿估计。实验结果表明这种算法有效的抑制了航姿系统的各种噪声与干扰,同时保证了姿态输出的精度与实时性,可以为小型无人机提供准确的航姿信息。     

A Vector Autopilot System

Current technology has evolved low cost, highly reliable solid state vector magnetometers with excellent angular resolution. This paper discusses the role of a three-axis magnetometer as a new instrument for aircraft attitude determination. Using flight data acquired by an instrumented aircraft, attitude is calculated using the Earth's magnetic field vector and compared to measured attitudes. The magnetic field alone is not adequate to resolve all attitude variations and the need for a second reference angle or vector is discussed. A system combining the functions of heading determination and attitude measurement is presented to show that both functions can be implemented with essentially the same component count required to measure heading alone. lt is concluded that with the correlation achieved in calculated and measured attitude there is a potential application of vector magnetometry in attitude measurement systems.     

大型运输机推力不对称补偿控制律设计

为了补偿推力不对称对大型飞机造成的影响,基于推力不对称对飞机姿态及运动的影响分析,提出了引入侧滑角反馈的横航向控制律补偿方案,并进行了仿真验证。仿真结果表明,补偿后的控制律能够减小侧向偏离、侧滑角及滚转角,保持航向和飞行姿态,从而减轻了飞行员负担,保证了飞行安全。     

基于寻北技术的测斜仪初始对准方法

在捷联惯导技术应用到石油采掘与矿井勘探领域的背景下,探讨如何使用低精度的惯性传感器获得精确的初始姿态信息。本文借鉴陀螺寻北仪的两位置寻北方案,研究了基于寻北技术的初始对准方法,利用该方法可滤除惯性传感器的常值漂移。仿真表明在使用低精度的惯性传感器条件下,利用该方法能获得较高精度的初始姿态信息。     

Inner Attitude Integration Algorithm Based on Fault Detection for Strapdown Inertial Attitude and Heading Reference System

This article proposes a new inner attitude integration algorithm to improve attitude accuracy of the strapdown inertial attitude and heading reference system(SIAHRS), which, by means of a Kalman filter, integrates the calculated attitude from the accelerometers in inertial measuring unit(IMU), called damping attitudes, with those from the conventional IMU. As vehicle's acceleration could produce damping attitude errors, the horizontal outputs from accelerometers are firstly used to judge the vehicle's motion so as to determine whether the damping attitudes could be reasonably applied. This article also analyzes the limitation of this approach. Furthermore, it suggests a residual chi-square test to judge the validity of damping attitude measurement in real time, and accordingly puts forward proper information fusion strategy. Finally, the effectiveness of the proposed algorithm is proved through the experiments on a real system in dynamic and static states.     

基于角增量提取的旋转矢量算法研究

在某些由光纤陀螺或微机电陀螺组成的捷联航姿系统中,陀螺输出的是角速率。针对这种情况,归纳了基于角增量提取的二子样、三子样和四子样旋转矢量姿态算法,推导了这些算法的圆锥误差表达式,比较了它们的性能。     

强磁干扰环境下磁航向误差补偿技术研究

解决强磁环境下磁强计易受干扰的问题,能够提高微型姿态参照系统航向角测量精度。建立了磁强计误差两次补偿模型,首先采用椭圆坐标修正法对磁强计进行罗差补偿,以减小环境磁场的干扰;其次采用最小二乘拟合法对获得的磁航向角进行二次补偿,提高系统航向角测量精度。试验结果显示：系统航向角测量值的误差均方值由补偿前的3．982°降为补偿后的0．386°,精度提高近10．3倍,表明该补偿方法能够有效降低磁场环境的干扰,提高系统航向角测量精度。