卫星导航系统定位精度估计

系统精度估计是卫星导航系统总体设计的重要环节,是进行大系统指标分配的重要依据。因此,在进行卫星导航系统总体设计时,必须对所有误差源的特性及其对系统精度的影响情况进行仔细仿真计算和分析。本文采用对定位测量方程进行全微分的方法,导出了卫星导航系统定位精度的协方差估计公式,给出了用于指导工程实际对关键误差源进行严格控制的一套理论和方法。     

短基线平面四站对定向移动目标的高精度横向测量

应用误差估计、合成理论及直接通过定位解析方程,研究了仅增加一个冗余测量站点,使短基线平面阵列实现对定直线移动目标高精度横向定位测量。测量结果表明,所给出的二个基本布站形式和已有的最优布站定位精度分析结果相吻合。     

基于支持向量机和卡尔曼滤波器的航空发动机故障诊断研究

针对航空发动机上可用传感器测量参数偏少情况下的健康参数估计问题,提出1种先分类后估计的方法。将传感器测量参数输入异常监测模块,对发动机工作状态进行监测,若监测结果为无故障则直接给出无部件故障的诊断结论;否则将测量参数输入最小二乘支持向量机(LSSVM),对部件故障进行分类,卡尔曼滤波器根据分类结果只对故障部件的健康参数进行估计。仿真结果表明:该方法可以减少需要估计的健康参数,提高估计精度。     

连续时间系统的定常状态估计器

 对于线性定常的连续时间系统,当系统和测量噪声为平稳白噪声过程时,研究了定常的状态估计器的设计方法。为了改进传统的Kalman-Bucy滤波器的瞬态性能,提出了两种新的性能函数的定义,从而给出了两种便于工程应用的修正的Kalman-Bucy滤波器。     

动态系统时延参数估计的重构输入法

首先指出了过去在进行时延系统参数估计时所用的近似处理方法的弊端，然后就动态系统未知时延参数的估计问题提出了重构系统输入的估计方法，并以极大似然估计迭代算法为基础给出了一套估计动态系统时延参数的算法，最后，应用所提出的方法进行了仿真计算，仿真结果表明，参数估计的精度极高，这说明该方法是可靠且可行的。     

日地L2点航天器编队的分布式自主相对导航

为了实现航天器编队在日地L2点轨道的高精度相对导航,设计了一种分布式的自主导航方法。首先通过信息交互形成局部的测量构型,每颗卫星只基于邻居间的测量进行状态估计,降低了状态维数和计算量;然后根据相互估计的结果进行信息融合,提升估计的精度。在此基础上,对仿真结果进行了定量分析,给出了影响最终估计误差的主要因素测距精度、测量点间的基线与导航精度间的经验公式。在数值仿真中,所提方法达到了厘米量级定位精度和毫米每秒的测速精度。仿真结果表明：该方法有效,且对工程应用具有一定的参考价值。     

基于Rodrigues参数的姿态估计算法

 以Rodrigues参数作为姿态描述参数提出一种快速的全姿态估计算法。Rodrigues参数具有简洁高效的特点,但它具有奇异性,不适用于大角度情况。首先将序贯旋转方法和Rodrigues参数相结合,提出了一种简洁、无奇异的姿态描述方法。然后应用该姿态描述方法,针对“矢量观测+陀螺”这种典型的姿态测量方案,讨论飞行器的姿态估计问题。在姿态估计算法设计中,给出了陀螺模型和观测矢量模型,推导了状态和状态误差协方差阵的预测方程和量测更新方程,并提出了预测方程的一种高效积分方法。仿真结果表明在估计精度等同的条件下,该姿态估计算法比四元数算法效率大约提高10%。     

指数信号模型中参数的稳健估计

 给出了阻尼指数信号模型中参数的M 估计和Bootstrap M 估计; 基于Prony 方法给出估计的重新定义和新算法; 并且在较弱的条件下证明了这些估计的相容性; 最后利用Huber 函数给出了两种估计的模拟结果, 结果表明这两种估计的稳健性和精度都比传统的最小二乘估计好。     

着陆小行星的视线测量自主光学相对导航算法及其可观性分析

 以软着陆小行星为工程应用背景,提出了基于视线(LOS)测量的自主光学相对导航算法,并对导航算法的可观性进行了比较深入的分析研究。首先,基于透视投影模型的共线方程,给出了导航测量方程和测量敏感矩阵;接着,通过多个视线矢量的测量,应用高斯最小二乘微分修正(GLSDC)和龙贝格-马尔塔(LM)算法对探测器的位置和姿态参数进行了估计。然后,通过对误差方差阵逆矩阵秩的分析,比较详尽地分析了不同数量视线观测条件下导航算法的可观度和可观性。最后,通过数学仿真对所提出的自主导航算法的可行性进行了验证。     

外弹道节省参数的抗差估计

基于天基和地基测量的融合估计是高精度外弹道参数估计的发展趋势。然而在这些测量数据中,普遍存在粗差和模型偏差,直接影响参数的估计精度。针对此问题,本文结合双星定位系统、地面光学和雷达的联合测量,建立了基于抗差估计方法的外弹道节省参数估计模型,给出了算法流程和步骤。仿真表明,该算法确实能有效降低粗差和模型偏差对估计精度的影响,相比传统的节省参数估计方法,该算法确实有效。     

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。     

惯性导航系统各种传递对准方法讨论

 本文按对准基本原理将惯性导航系统各种传递对准方法分为两大类,一类可称为计算参数匹配法,它包括速度匹配和位置匹配;另一类可称为测量参数匹配法,它包括加速度匹配、姿态匹配和角速度匹配。文中详细讨论了这两类方法的性质,指出:计算参数匹配法类似静基座自对准和空间率对准,在载体无机动动作时对准时间较长。测量参数匹配法对准时间短,但受载体挠性变形的影响大。     

舰船等速下舰载机捷联惯导粗对准方法研究

舰船等速航行时,由于风浪的影响使得舰船产生大幅摇摆,致使舰载机上的惯导系统测量到的地球自转角速度和重力加速度信息受到严重干扰,无法采用传统的静基座或微幅晃动基座的粗对准方法进行粗对准。针对这一问题,提出了舰船等速航行条件下基于重力加速度信息的粗对准方法,即以惯性坐标系中的地球重力加速度作为参考矢量,利用陀螺和加速度计的输出,计算出初始姿态矩阵的粗略估计值。在典型海况条件下,蒙特卡洛50个样本的仿真结果表明,东向、北向和天向姿态误差角的均值分别为-5.102′、8.915′、-0.174°,一倍标准差分别为:0.0174′、0.084′、1.472°,在此基础上完全可以实现该状态下舰载机惯导系统的精对准。     

陀螺敏感轴交叉耦合对稳定平台角速度的影响分析

光电稳定平台中的陀螺装调误差影响平台角速度的测量精度。研究了速率陀螺稳定平台角速度的计算方法,重点是陀螺敏感轴交叉耦合情况下平台角速度的计算。得到了稳定平台角速度的理论计算公式,在此基础上,得到了理想情况和陀螺敏感轴交叉耦合情况下的测量计算公式。仿真和试验表明,对陀螺敏感轴的交叉耦合进行补偿,可以有效改善视线角速度的测量精度。     

Railway track inspection using INS-BINS-N

The results of an integrated strap-down inertial system development and tests are presented. The system includes laser gyros and accelerometers and is intended for measuring railway track angular parameters. To raise the accuracy of angles and distance measurements the inertial system is integrated with a GPS receiver and an odometer. Test results showed that BINS-N accuracy is better than the accuracy of an issued system     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

舰载捷联惯导系统的航行中快速在线标定

为实现舰载捷联惯导系统在航行中被快速标定的新需求,提出了一种捷联惯导系统在航行中快速在线标定的方法。首先,建立了简化的陀螺和加速度计输出误差方程,从而对Kalman滤波模型实现了降维。该模型以陀螺和加速度计零偏、标度因数误差等15个误差量为状态量,以速度误差和位置误差为量测量。设计了一种标定路径,该标定路径可由惯导系统中的双轴旋转机构实现。仿真结果表明,该方法能够在1800s内快速、准确地估计出15个误差量,具有工程实践价值。     

捷联惯组空间八点减振IMU组合设计CSCD

为了研究捷联惯组空间八点减振IMU组合的力学性能及其在抑制线角耦合方面的作用,采用NX三维建模及ANSYS仿真分析工具对IMU组合的刚度、减振器的线角频率、减振性能方面进行了充分的理论验证。同时,推导出平衡机的调平原理,通过调平使IMU弹性中心与质心重合,然后对惯组进行振动试验,观察其减振性能及三向陀螺角速度输出值。结果表明,经理论分析该IMU组合模态为875.7Hz,具备足够的刚度;减振器线角频率差值在50Hz以上,具有较高的离散度。经试验验证,该IMU组合调平小于0.1mm时,减振效率不低于42%,三向陀螺角速度输出不大于11(°)/s,具有较好的力学环境适应性与极高的角速度输出特性。     

基于数值微分计算的SERF原子自旋惯性测量动态仿真

基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度输入对碱金属电子极化率和惰性气体核子极化率的影响。针对实验条件下原子系综Bloch微分方程组难以解析求解的问题,基于可变阶次数值微分计算,建立了相应的Simulink模型对实验条件下的原子系综进行数值求解,并分析了极化率对光场、磁场、角速度输入的瞬态响应与稳态响应。仿真结果与理论计算结果相吻合,验证了Bloch方程数值求解的可行性与准确性。该方法可得到惯性测量系统的动态响应,可用于模拟复杂输入下的SERF原子自旋惯性测量系统的输出响应。     

Estimation of 3D angular motion using gyroscopes and linear accelerometers

The authors present a novel, real-time angular motion estimation technique using a linear Gaussian estimator, and the outputs of linear accelerometers and gyroscopes, to assess the actual angular velocity of a rigid body in three-dimensional (3D) space. The method obtains the covariances of the random actual 3D angular velocity, the angular velocity measurement, and the measurement noise from the time averages of the outputs of an array of nine linear accelerometers and the outputs of three orthogonal gyroscopes. These statistics are used by the estimator to calculate the angular velocity of the rigid body in 3D space. The multisensor technique performance is evaluated through a computer simulation. Results indicate that the method leads to more accurate angular velocity values than are obtained conventionally.<>