捷联惯导系统动基座初始对准仿真研究

建立了捷联惯导系统动基座初始对准的误差模型，利用分段定常系统可观测性分析理论和方法对系统动基座初始对准时的可观测性进行了全面分析。并采用卡尔曼滤波技术，对系统在各种运动基座初始对准情况下的平台误差角进行了估计，给出了方差仿真曲线，比较了静基座与在这些运动情况下的卡尔曼滤波器的估计效果。仿真结果表明，在捷联惯导系统动基座初始对准过程中，可以通过载体线运动和角运动的改变来提高系统的可观测性和状态变量的可观测度，从而提高估计的精度和速度。这样可以寻求最佳机动方案，有效快速地进行初始对准。     

一种基于绝对误差的可观测度分析方法

本文给出了一种基于状态绝对误差的可观测度分析方法。对初始对准误差模型进行了分析,选取不同的不可观测状态,姿态误差角的可观测度强弱不同。从而提供了一种从另一个角度分析可观测度的方法,为惯导系统滤波器的设计研究提供了一定的理论依据。     

ADOP可观测性分析方法在旋转式惯导初始对准中的应用

针对旋转式惯导系统多位置初始对准可观测性的问题,对可应用于初始对准方案选择的姿态精度因子(ADOP)可观测性分析方法进行了研究.以惯导初始对准33维状态误差方程为研究对象,分析ADOP方法在旋转式惯导初始对准的转动顺序、停留时间及模型降阶方面的应用.理论分析和仿真结果均表明该方法控制灵活、直观有效,能够为旋转式惯导初始对准应用中最佳方案选择提供依据.     

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。     

舰载光纤陀螺捷联惯导系统传递对准技术研究

本文提出了基于中高精度光纤陀螺捷联惯性导航系统传递对准设计方案,以"速度"+"姿态"为量测量,建立了卡尔曼滤波器误差模型和系统观测模型,完成了传递对准算法设计.通过仿真和船载动态试验,验证了传递对准方案可行性;船载试验结果表明光纤陀螺捷联惯导系统传递对准精度较高,技术指标满足工程应用要求.     

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.     

无迹卡尔曼滤波器在惯导初始对准中的应用研究

滤波技术在惯导系统初始对准中的应用是一项重要的研究内容,随着非线性滤波技术的发展,如何通过新的滤波技术来提高初始对准的性能近年来得到了广泛关注。文章针对可扩展卡尔曼滤波器存在着计算复杂和滤波不稳定的缺点,尝试了一种新的非线性滤波器——无迹卡尔曼滤波器。针对所采用的非线性初始对准模型的特点,对无迹卡尔曼滤波器进行了简化,将简化后的无迹卡尔曼滤波器应用于非线性初始对准中,得到了较好的对准效果。     

一种“速度+姿态”传递对准方法的半实物仿真

本文运用分段线性定常系统（PWCS）可观测性矩阵及其奇异值分解法（SVD）,对时变系统的可观测性与可观测度进行了定性及定量分析。通过系统仿真和实测离线数据证实了“速度+姿态”传递对准匹配方法的有效性。试验结果表明,在10s内水平对准精度达到0.5mrad以内,航向对准精度达到1.0mrad以内。     

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。     

初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准算法

针对多潜航器连续快速布放需求,提出基于初始方位信息辅助下快速传递对准算法.潜航器惯导系统只在对准初始时刻由移动基准惯导提供准确的方位信息和概略的水平姿态信息,布放入水后以初始时刻水平姿态误差和当前速度误差为滤波状态,以水下多普勒测速仪的速度为观测量,通过卡尔曼滤波进行惯性系下的航行中对准.实验验证以优于0.01(°)/h的激光陀螺惯导系统/卫星组合导航的姿态解算值为参考基准,基于实际数据的仿真计算表明,在50s内即可实现快速对准,方位精度达到1密位(1σ).     

一种基于可观测度分析的SINS/GPS自适应-反馈校正滤波新方法

 针对机载捷联惯导系统(SINS)/全球定位系统（GPS）组合导航系统不完全可观测导致滤波器精度下降甚至发散的问题,提出了一种基于系统状态可观测度分析的自适应反馈校正滤波新方法。该滤波方法改进了系统可观测度的归一化处理方法,将归一化处理后的系统状态可观测度作为反馈因子,对SINS系统进行自适应反馈校正。最后,将该方法应用于机载合成孔径雷达(SAR)运动补偿用SINS/GPS组合导航系统中,飞行试验结果表明该方法在系统不完全可观测的情况下有效地提高了导航精度。     

加权最小二乘—卡尔曼滤波算法在动基座对准中的应用

利用卡尔曼滤波算法进行估计需要给定初始状态估计值和初始误差方差阵.通常,初始状态估计值和初始误差方差阵由经验给定,而初始状态估计值和初始误差方差阵的选取影响着卡尔曼滤波的估计精度.文中提出了加权最小二乘-卡尔曼滤波算法,并运用到惯导系统动基座初始对准中,进行了仿真.仿真结果表明,利用加权最小二乘算法可得到更加精确的卡尔曼滤波的初始状态估计值和初始误差方差阵,提高卡尔曼滤波的估计精度,进而提高了初始对准的精度.     

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     

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...     

瞄准吊舱捷联惯导系统快速传递对准方法

 新型瞄准吊舱系统中安装捷联惯导系统,使其在跟踪、探测目标的同时具备一定的自主导航能力。吊舱系统中的捷联惯导一般采用较低精度的惯性器件配置,且传递对准实现过程受到机动条件的严格限制。针对该问题提出了一种“比力积分/角速度匹配”传递对准方法,利用主惯导导航信息与惯性器件输出,以及子惯导惯性器件输出实现子惯导的对准。推导了基于主、子惯导系统误差的数学模型,详细分析了器件精度与低动态条件对系统状态量可观测度的影响,并针对低精度惯性器件与低动态条件下的传递对准性能进行了数字仿真。仿真结果表明,该方法在器件低精度与低动态条件下,对准性能达到5′,优于常规传递对准方法,可满足瞄准吊舱捷联惯导系统的快速对准性能要求。     

车载惯导系统抗扰动自对准方法对比研究

自对准技术是陆基机动平台及装备用惯导系统的一项关键技术,其核心在于惯导系统如何在风扰、发动机振动、人员走动等各种干扰下实现快速、高精度对准.针对目前常用的惯性系解析自对准、Kalman滤波估计自对准和惯性系奇异值分解(SVD)自对准等三种方法进行了研究和对比分析,根据三种对准方法各自的实现原理,提出了一种有针对性的抗扰动优化方法,并通过了数学仿真分析和车载试验验证.结果 表明,在车载使用环境下,后两种方法都能获得较为准确的姿态信息,惯性系SVD方法可以达到与Kalman滤波方法相当的对准精度和收敛速度,且无需先验信息即可获得最优解,表现出了较好的工程应用优势.     

基于奇异值分解的组合导航可观测度计算

以捷联惯组为主惯导的组合导航系统具有短时定位精度高、可靠性强等优点,但其依然存在长时间导航精度不高、运算量大、组合效率不高等问题。为更好地完善组合导航系统的误差补偿和抑制技术,对SINS/DVL组合导航系统的可观测性能进行了研究。在分段定常系统(Piece-wise Constant System,PWCS)的可观测性分析方法及基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法基础上,结合可观测性矩阵的遗传特性,提出了一种简化的状态量可观测性分析方法,并对该方法进行了理论仿真。为方便比较状态量的可观测程度,对各状态的可观测度进行了归一化处理。最后,通过湖面跑船实验设计了不同的航迹机动方式,计算了关键导航参数的可观测性能。实验证明,该方法可以实时计算组合导航参数的可观测度,根据可观测度设计的航迹可以有效提高导航精度,定位精度可提高1个量级,收敛速度也获得了明显提高。     

MSSS-UKF滤波在大方位失准角初始对准中的应用

针对大方位失准角初始对准中非线性滤波的实时性问题,在分析UKF滤波中的Sigma点采样策略基础上,将最小偏度单形采样策略应用于UKF滤波算法的Sigma点采样过程,并将基于最小偏度单形采样的UKF应用于大方位失准角的非线性初始对准过程。仿真结果显示,基于最小偏度单形采样策略(Minimal Skew Simplex Sampling)的UKF对姿态失准角估计的快速性要明显优于基于对称采样策略的UKF滤波算法,且可以满足惯导系统对对准精度和时间的要求。     

双轴连续旋转调制捷联惯导系统大失准角初始对准技术

由于可以补偿惯性器件在三个轴向上的输出误差，双轴旋转调制技术被广泛应用于捷联惯导系统(SINS)。选择了一种合理且实用的十六次序双轴转位方案，并对其调制原理和误差进行了分析。初始对准技术是捷联惯导系统的一项重要技术，其对准精度直接决定了后续导航的精度。在粗对准完成后，当姿态误差角较大时，后续的精对准误差模型呈非线性特性，故选择了滤波精度高、稳定性强的平方根容积Kalman滤波算法(SCKF)来解决这一问题。考虑到在实际对准过程中，量测噪声的统计特性易发生变化，将SCKF算法与Sage-Husa算法相结合，在传统Sage-Husa SCKF算法的基础上提出了一种改进的自适应滤波算法(ASCKF)。该算法采用QR分解来完成对噪声协方差的平方根矩阵估计，从而避免了传统Sage-Husa SCKF算法中所估噪声协方差矩阵不正定的问题。最后，通过仿真证实了ASCKF算法可被很好地应用于量测噪声统计特性发生变化的初始对准中。