基于Simulink模型的捷联算法仿真平台研究

分析了捷联系统基于Simulink模型的姿态、速度和位置积分的基本方程。建立了仿真模型，给出了组成模块和算法框图。研究了采样与静差补偿，以及四元数、姿态、住置和速度更新的算法。构造的算法仿真通用平台，其输入可为实际系统的惯性测量元件(IMU)在线、离线数据的全部或部分，或自行构造的载体在某种运动轨迹下IMU的输出。仿真结果表明，利用Simulink多种直观的位置输出，可更有效地分析捷联系统，或对多种IMU的捷联导航特性进行比较验证。     

基于半球谐振陀螺的捷联惯性姿态系统的一种粒子滤波方法

为了抑制积分运算带来的捷联惯性姿态累积误差.根据姿态角三角函数关系引入横滚、俯仰角的三个替换变量作为姿态变量,并根据系统姿念变量之间的约束方程和运动体的前向速度测量提出了基于半球谐振陀螺的捷联惯性姿态确定系统的一种扩展卡尔曼粒子滤波算法.采用基于国产半球谐振陀螺的捷联惯性测量组合进行实验与仿真,与标准卡尔曼滤波算法进行了比较.实验与仿真结果表明:该算法有效地提高了定姿性能.作为高可靠性姿态确定系统的备用算法,该算法尤其适用于长寿命的小型航天器.     

捷联式惯性导航积分算法设计（连载）上篇：姿态计算

本论文分上下两篇，给用于现代捷联惯导系统的主要软件算法设计提供一个严密的综合方法：将角速率积分成姿态角，将加速度变换或积分成速度以及将速度积分成位置。该算法是用两速修正法构成的，而两速修正法是具有一定创新程度的新颖算法，是为姿态修正而开发出来的，在姿态修正中，以中速运用精密解析方程去正积分参数（姿态，速度或位置），其输入是由在参数修正（姿态锥化修正，速度遥橹修正以及高分辨率位置螺旋修正）时间间隔内计算运动角速度和加速度的高速算法提供的，该设计方法考虑了通过捷联系统惯性传感器对角速度或比力加速度所进行的测量以及用于姿态其准和矢量速度积分的导航系旋转问题。本论文上篇定义了捷联惯导积分函数的总体设计要求，并开发出了用于姿态修正算法的方向余弦法和四元数法，下篇着重讨论速度和位置积分算法的设计。尽管上下两篇讨论中常常涉及到基本的惯性导航概念。然而，本论文是为那些已对基础惯导概念很熟悉的实际工作者而写的。     

速率捷联制导系统的转动误差及其计算机补偿

速率捷联制导系统主要是由与弹体捷联的速率积分陀螺仪、摆式加速度表,以及微型计算机、执行机构组成.速率积分陀螺仪与弹体捷联,直接敏感弹体转动角速度,经A/D变换后,输入到计算机的量是在计算机采样周期ΔT内,弹体     

一种单子样旋转矢量姿态算法

旋转矢量姿态算法可有效抑制高动态环境下捷联惯导系统(SINS)产生的圆锥误差。当 直接应用多子样旋转矢量姿态算法时,会降低系统姿态更新频率;若要保持姿态更新频率, 则需要提高采样频率,从而增加了导航计算机的硬件负担,并导致量化误差突出。针对上述 不足,提出了一种利用当前及前N个姿态更新周期角增量的单子样旋转矢量姿态算 法,并在典型圆锥运动条件下推导了算法补偿项系数。此外,由于陀螺输出经过数字滤波处 理后其幅频特性的改变会影响圆锥误差的补偿效果,根据滤波器特性推导了单子样旋 转矢量姿态算法的修正算法,以便于在工程中推广应用。该算法在不降低姿态更新频率 的同时,可获得较高的解算精度,适于高动态环境应用,实验结果验证了上述算法的正确性 和有效性。
     

基于模糊卡尔曼滤波的内阻尼姿态算法研究

在系统机动性不强的情况下，传统的平台内阻尼算法将系统本身的速度信息通过阻尼网络加到系统中，达到提高姿态角精度的目的。将这种平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中，在系统加速度较小的情况下，利用加速度计的输出估计系统姿态角，通过卡尔曼滤波的形式补偿系统姿态误差。由于加速度的大小直接影响滤波器精度，本文设计了模糊自适应卡尔曼滤波算法，根据三轴加速度计的输出调整内阻尼量测误差方差阵，从而避免了滤波器的发散。仿真和实验验证，内阻尼算法可明显抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡，避免了系统姿态漂移，有效提高了捷联惯性航姿系统的精度。     

基于自适应采样滤波器的临近空间飞行器姿态确定

为提高临近空间飞行器的姿态估计精度和稳定性,研究了捷联惯性导航系统与星敏感器组合定姿方法和滤波融合算法.首先给出了临近空间飞行器的高精度姿态确定方案及其模型,然后针对一般采样型滤波器自适应能力有限的缺点,推导了一种能在线自适应估计过程噪声和量测噪声协方差阵的自适应采样滤波算法,该算法融合了自适应估计和非线性滤波各自的优点,不仅能对姿态确定系统的非线性滤波问题进行高精度估计,而且估计结果具有较强的鲁棒性,最后进行了仿真实验.实验结果表明本文方法达到10角秒的定姿精度,其滤波精度和稳定性均满足临近空间飞行器的定姿要求.     

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

基于非等间距采样输出的旋转矢量姿态算法

基于实际系统中陀螺的输出为非等间隔的角增量信号，重点研究了采样时刻的变化对捷联姿态算法的影响，并推导出旋转矢量三子样算法和二子样算法的通用表达式及其误差方程。传统的Miller算法已被证明是本算法的特例。研究发现，算法误差与由采样时刻构成的误差系数阵密切相关，Miller算法中的等间距采样使得该矩阵奇异，而改变采样间距可使其满秩，从而降低算法误差。然而对角增量输出的二子样算法而言，等间隔采样比非等间距采样具有更小的箕法漂移。仿真及试验结果证明了本文的观点。     

着陆姿态对地外天体表层采样的影响研究

表层采样技术是获得地外天体特性的重要手段,是完成地外天体采样任务的一项关键技术。文章结合4自由度表层采样装置的特点,建立了表层采样装置的逆运动学模型,分析了极限着陆姿态下表层采样装置安装位置在当地参考坐标系中的变化,并针对一次封装与二次封装过程中表层采样装置的位置和姿态要求,明确了末端采样器姿态补偿方法,提出了着陆姿态对表层采样影响的分析算法。仿真结果表明,该算法能有效分析着陆姿态对表层采样的影响,可为表层采样装置适应性设计提供支持。     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

红外旋转弹导引头捷联惯导系统的姿态算法研究

对红外旋转弹导引头捷联惯导系统的算法进行了研究。分析了姿态更新的等效旋转矢量法及锥运动环境中的优化算法,理论推导了合理引入角位置传感器数据进行弹体姿态解算的方法,基于捷联惯导导引头坐标转换关系,通过欧拉角坐标转换和四元数坐标转换将导引头光轴系中的框架角速度转换至半弹体系中,由半弹体角速度解算出当前导引头的姿态和位置。试验结果验证证明了方法的正确性,解决了交班时扫描搜索阶段的弹体姿态求解问题,保证了对导弹姿态的有效控制。     

抗干扰重力加速度积分粗对准算法

针对强角运动和线振动干扰下捷联惯导无法根据陀螺和加速度计的输出直接计算姿态阵的问题,提出了抗干扰重力加速度积分解析粗对准算法。该算法利用陀螺跟踪载体在惯性空间的角运动,利用重力加速度矢量在惯性空间投影的积分作为参考矢量进行对准以隔离角运动干扰的影响。根据参考矢量的时域特性,采用最小二乘算法对包含线振动干扰的参考矢量进行拟合,利用拟合结果进行姿态矩阵解算以抑制线振动干扰的影响。仿真结果表明,该算法既具有角运动干扰隔离能力,又具有线振动干扰抑制能力,能在强角运动和线振动干扰同时存在的条件下迅速完成粗对准。
     

扩展旋转矢量捷联姿态算法

给出了一种新的旋转矢量捷联姿态构造算法，该算法由陀螺样本的多重积分来构造旋转矢量的最小二乘估计。新算法具有较好的顺序递推结构，易于在机载计算机上编程实现，比传统方法更容易满足一些限制较多的特殊应用。文中还给出了该算法在机载计算机上的计算流程及算法的局部硬件化实现。     

捷联惯导与星跟踪器组合导航算法研究

捷联惯导与小视场星跟踪器构成惯性/天文组合导航系统,核心思想是利用星体跟踪器的高精度测角信息设计滤波修正算法对捷联惯导的导航姿态、方位和位置误差进行滤波估计并修正,以限制捷联惯导系统导航误差随时间的发散,最终提高系统长航时导航的导航精度。在分析小视场星体跟踪器量测量与SINS导航误差之间关系的基础上,设计了两种不同的组合导航算法：位置+方位修正算法和误差角组合导航修正算法。在此基础上对两种算法的导航精度进行了理论分析,并通过长航时仿真飞行数据进行了仿真验证。结果表明：位置+方位修正算法不受载体的位置误差的影响,更适用于星体跟踪器间断工作的情况;误差角组合算法不受载体姿态误差的影响,更适用于SINS初始位置误差得到有效修正的情况。     

姿态控制系统冗余设计方法与半实物仿真试验

从系统冗余的角度研究了提高运载火箭姿态控制系统可米住的途径，论述了捷联／捷联，平台／捷联冗余姿态控制系统的组成和工作原理，介绍了用姿态角判别故障和用姿态角速度判别故障的两种故障诊断、切换和重构的模式。对捷联／捷联冗余方案进行了半实物仿真试验。     

多子样旋转矢量捷联姿态算法的一般结果

这里给出了任意陀螺子样数下等效旋转矢量捷联姿态算法的一般结果。利用本文给出的公式 ,多子样等效旋转矢量算法可以很方便的由计算机得到 ,无需进行繁琐的推导 ,本文的工作为捷联姿态算法的设计提供了方便性和灵活性     

基于捷联惯导的船载新型阵列雷达阵面姿态测量系统设计

针对大型船载新型阵列雷达需重新考虑捷联惯导安装设计问题,简单介绍捷联惯导基本工作原理,设计单轴旋转机构激光陀螺捷联惯导新型阵列雷达阵面姿态测量系统,详细说明系统的组成结构,并通过仿真试验给出在组合导航模式下姿态测量结果,证明系统可满足船载新型阵列雷达阵面姿态的精确测量要求.     

一种地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法

针对传统捷联惯导算法模型为非线性,需要对姿态、速度和位置分步运算,且高动态下算法精度较低的问题,提出一种地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法。利用伪线性模型及其分析方法,将传统的地理系下捷联惯导方程各部分转换成伪线性形式,定义导航向量并建立其系统模型;再利用高阶数值积分算法提升导航向量更新精度,得到地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法。最后,用仿真评估算法精度,与传统捷联惯导算法相比,大机动条件仿真中伪线性捷联惯导算法的精度提升了两个量级;旋转弹飞行仿真中导航误差不到传统算法的1/5。提出的伪线性捷联惯导算法结构简单,采用一个更新回路即可完成导航向量更新,且在高动态大机动条件下具有更高的算法精度,因此,对于捷联惯导算法研究与工程应用有一定的参考价值。     

捷联惯性导航系统姿态算法研究

用四元数和旋转矢量在捷联惯导系统中表示姿态矩阵,在圆锥运动的条件下,对旋转矢量算法进行了优化。对四元数、旋转矢量优化算法进行了仿真比较。仿真结果表明:等效旋转矢量算法明显优于四元数算法。