Fast alignment and calibration algorithms for inertial navigation system

Algorithms for fast estimating the azimuth misalignment angle and calibrating gyro drift rates are approached from the point of view of control theory. By introducing the Lyapunov transformation, the equivalence of Strapdown Inertial Navigation System (SINS) and Gimbaled Inertial Navigation System (GINS) is discussed, and it shows that the analysis results of GINS can be applied to SINS directly by using such kind of equivalence. A similar transformation that based on physical essence is introduced, so that the true states can be replaced by the so-called pseudo-states, and then the observable states of INS can be dynamically decoupled with the unobservable states. Consequently, the best completely observable subsystem model of INS can be obtained. Based on the simplified subsystem model of INS, the algorithms for fast estimating the azimuth misalignment angle and calibrating gyro drift rates are proposed. The proposed algorithms show that the azimuth misalignment angle and gyro drift rates can be estimated from the rates of leveling misalignment angles without using the gyro output signals.     

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。     

两种初始对准算法的比较研究

初始对准的精度作为影响惯性导航系统精度的核心因素,一直受到广泛的研究。传统初始对准算法存在对扰动敏感、对准时间长、需要小失准角假设等诸多缺陷。针对传统算法的不足,有学者最近提出了一些思路新颖的初始对准算法,如优化对准算法和基于频域分离算子的初始对准算法。本文对比研究了这两种初始对准算法的基本原理,通过摇摆台实测数据对两种算法进行了验证,对工程应用具有一定的参考价值。     

太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究

交会对接设备是实现飞行器交会对接的重要部件。它的安装精度直接影响交会对接任务的成败。为了研究太空环境下飞行器舱体压差对交会对接设备安装姿态的影响,文章根据太空环境飞行器所受压差情况,设计了地面仿太空环境试验,对某型号飞行器的交会对接设备及舱体基准进行了姿态测量,分析了由于舱体内外压差的影响而造成的设备姿态变化,并根据试验结果分析研究出一种新的地面总装精测工艺方案。     

一种新的惯导平台静基座快速初始对准方法

提出了一种新的惯导平台静基座快速初始对准方法。用两步卡尔曼滤波算法替代常规算法估计水平误差角,根据水平误差角快速收敛的估计结果估计收敛较慢的方位误差角。给出了算法模型。理论分析和仿真结果表明:该算法对水平误差角的估计收敛速度可提高1倍,对方位误差角的收敛速度也相应提高,精度与常规方法一致,是一种有效的快速初始对准方法。     

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。     

面向飞机大部件调姿的PPPS机构球铰点中心位置闭环标定方法

PPPS机构球铰点中心位置对飞机大部件调姿精度有重要影响,为了解决当前常用的球铰点中心位置获取方式在精度或效率上的不足,提出一种PPPS调姿机构球铰点中心位置的闭环标定方法。首先,分析了球铰点中心位置误差与运动学逆解时定位器位移求解偏差的关系及大部件位姿变换参数对其的影响;然后,提出了基于关键特性结合奇异值分解几何意义的飞机大部件位姿参数快速求解方法,使位姿参数求解过程更加直观简捷,同时相较于常用的奇异值分解方法在精度上没有损失;利用一次调姿过程前后大部件位姿参数的变化和定位器的位移反馈,结合运动学逆解对球铰点中心的位置进行闭环标定,最后,以某型号飞机垂尾测试件为例验证了所提出方法的正确性和实用性。     

基于LTSA融合降维法的滚动轴承可靠性评估方法

为了保障滚动轴承在给定工况下安全平稳地运行,提出了一种基于局部切空间排列（LTSA）和威布尔比例故障率模型（WPHM）的滚动轴承可靠性评估方法。该方法提取滚动轴承整个寿命周期的时域、频域、时频域及统计等不同分析域上的特征指标,从中筛选出包含滚动轴承运行状态的特征指标,构建出高维多域特征集;利用局部切空间排列算法对高维多域特征集进行融合降维,得到可全面反映滚动轴承性能退化趋势的综合特征指标作为WPHM的响应协变量进行可靠性评估。通过滚动轴承的寿命试验,得到该试验轴承的寿命为491 min。该方法能够得出轴承在489 min左右失效,寿命误差小于1%,故验证了该方法可以对滚动轴承的运行可靠性进行有效地评估。      

光纤陀螺SINS大失准角下快速初始对准技术

针对光纤陀螺(FOG)捷联惯导系统(SINS)初始对准过程中存在大姿态失准角的情况,本文建立了基于欧拉平台误差角的SINS非线性误差模型,给出了一种简化的UKF滤波方法并将其运用到光纤陀螺SINS初始对准中,在静基座大方位失准角条件下,分别采用传统闭环卡尔曼滤波和闭环UKF非线性滤波方法进行初始对准仿真研究,结果表明在对准精度要求相同时,后者在对准速度方面具有明显优势。     

光电稳定平台红外光轴对准方法

光电稳定平台中,红外光学器件以其特有的优势越来越多地被采用。精确、快速地对红外光轴进行校准和标定是红外器件应用的一个重要课题。本文介绍了一种基于红外准直仪原理设计的红外光轴校准系统,对靶标位置偏差造成的光轴偏差进行了分析计算,并提出了确定抛物面镜光轴的具体方法。研制了红外光/可见光靶标模拟器,解决了无人机光电稳定平台中红外热像仪与其他可见光光学器件的光轴平行度校准、红外光轴相对系统零位基准标定等问题。所述方法经试验证明,在目前不具备红外准直仪的条件下同样实现了较高精度的红外光轴校准和标定,有着重要的实际工程意义。