四元数法在姿态测量中的应用研究

介绍了捷联惯性航姿系统在姿态测量方面的应用。为改进捷联惯性航姿系统计算机解算的实时性,引入了四元数微分方程的三阶泰勒展开式作为系统姿态更新算法,并对某陆地产惯性航姿系统的测量数据用Ｃ语言编制了相应的仿真程序,为研制捷联惯性系统算法提供了参考依据。     

高动态环境下惯导高阶姿态算法研究

为满足高超声速飞行器的高动态特性对捷联惯性导航系统的导航精度提出的更高要求,在分析高超声速飞行器高动态运动频谱特性的基础上,研究了高动态环境下的捷联惯导高阶姿态积分算法。通过高超声速飞行器运动特性仿真,对比分析了不同阶次姿态积分算法对捷联惯性导航系统精度的影响。仿真结果表明,在高动态环境下,采用高阶姿态积分算法能有效提高捷联惯导导航精度。     

旋转三子样高精度捷联惯性导航算法

针对捷联惯导系统高精度导航的需求,以螺旋理论为基础,采用螺旋补偿三子样推导出对偶四元数所表示的捷联惯导算法,并同时对载体的姿态、速度、位置进行更新,并以四阶截断三角级数近似三角函数进行对偶四元数更新和螺旋矢量更新。仿真和跑车实验结果表明：螺旋三子样捷联惯性导航算法的导航精度比一般四元数算法提高约15%,为相关领域的研究与实际应用提供参考。     

捷联惯导系统中初始四元数计算

捷联惯导系统的姿态矩阵主要采用四元数法来求解，捷联惯导系统初始四元数正确与否决定了初始姿态精度。初始四元数计算是基于方向余弦矩阵和四元数的代数关系和转动的几何特点。本文列出几种初始四元数的计算方法，并作简单的比较分析。     

捷联惯性导航传统比力积分算法与对偶四元数算法的比较研究

捷联惯性导航速度更新算法中,将载体坐标系中的比力积分增量变换到导航参考坐标系中,载体姿态变化的影响通常采用一阶近似模型进行计算。本文分析了包括角振动和加速运动的动态运动下一阶近似模型的局限,在典型角振动及加速运动条件下对忽略姿态变化二阶项造成的速度更新误差进行了理论分析。通过比较,揭示了对偶四元数比力积分算法精度高于传统比力积分算法的原因,即和传统比力积分算法相比,对偶四元数比力积分算法等价于考虑了载体姿态变化影响的二阶项。通过典型角振动及加速运动条件下传统捷联惯性导航算法和对偶四元数导航算法的仿真比较,对理论分析结果进行了验证。     

求解捷联式方向余弦矩阵的一种新方法

本文提出求解捷联式方向余弦矩阵的一种新方法——三角函数法。建立了三角函数的微分方程;讨论了求解位置矩阵、姿态矩阵正交化等有关问题;对三角函数法的计算误差进行了分析。通过大量的数学模拟,对四元数法、方向余弦法及三角函数法的计算精度作了比较。结果表明,三角函数法运算量较小,精度高,是求解方向余弦矩阵的可行方法。     

高精度多冗余捷联惯组配置优化设计与应用研究

为了满足远程飞行器对惯性导航系统高可靠、高精度的需求,研究了一种多冗余捷联惯组配置优化设计与应用方案。根据远程飞行器导航分析结果和多冗余配置优化准则,设计了高可靠冗余结构配置方案,优先提高X向加速度测量通道精度和可靠性。采用置信距离测度一致性检验方法,对惯性器件输出信息进行置信距离测度一致性检测,建立惯性器件测量关系矩阵,剔除误差较大或失效的惯性测量信息;采用惯性导航信息融合的方法,提升相应测量通道的稳定性和系统使用精度。数据处理结果表明,相对于无冗余捷联惯组,多冗余捷联惯组的惯性导航精度提升近1倍,角速度测量通道稳定性优于0.01(°)/h(3σ),加速度测量通道道稳定性优于1×10~(-5)g(3σ)。多冗余捷联惯组配置优化设计与应用方案能够满足远程飞行器高精度、高可靠惯性导航的需求,具有良好的工程应用参考价值。     

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.     

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。     

惯性导航系统中陀螺一阶马尔科夫过程的 误差传播特性

一阶马尔科夫过程是描述陀螺低频随机噪声的主要模型之一,对惯性导航系统精度具有重要影响.首先研究了惯性导航系统中陀螺随机误差传播特性分析的一般方法,推导了惯性导航系统的冲击响应函数.继而结合一阶马尔科夫过程的统计特性,推导了其作为陀螺随机误差在惯性导航系统长时间导航环境中的误差传播公式,分析了其对系统姿态、位置精度的影响.最后对陀螺一阶马尔科夫过程引起的惯性导航系统误差进行了仿真,对理论结果进行了验证.论文的研究对于惯性导航系统的优化设计与误差分析具有一定的参考价值.