一种惯导系统快速对准模型和方法

从控制论的观点探讨了实现惯性导航系统(INS)快速对准及标定的途径及方法.通过引入李雅普诺夫变换,论证了SINS(Strapdown Inertial Navigation System)模型与GINS(Gimbaled Inertial Navigation System)模型的等价关系;通过基于物理本质的相似变换,提出了用伪状态来代替真实状态,从而使INS的可观测状态和不可观测状态之间动态解耦,得到了INS的最佳完全可观测子系统模型;通过对INS可观测子系统模型的简化,提出了一种快速估计方位失准角和标定陀螺仪漂移误差的方法,该算法表明方位失准角和陀螺仪的漂移误差完全可从水平失准角速率中快速估计出来,而不必使用陀螺的输出信号.      

SINS在摇摆基座上的快速精确对准方法

基座摇摆运动及产生的杆臂效应误差是影响舰载武器对准精度和快速性的关键因素.基于摇摆基座上舰载武器捷联惯导系统SINS(Strapdown Inertial Naviagtion System)初始对准的特点,分析了杆臂效应的产生机理及杆臂效应干扰加速度的补偿方法.在研究利用参数辨识法代替卡尔曼滤波进行摇摆基座SINS初始对准方法基础上,考虑工程应用实际情况,进而提出了利用一种参数辨识法进行摇摆基座初始对准的改进方案;最后,通过仿真验证表明采用改进参数辨识方法进行舰载武器SINS对准,不仅能提高对准的精度,而且可提高对准的快速性.研究结果可为舰载武器初始对准方案的选择与设计提供理论参考.     

基于惯性传感器的免对准动作的人体上肢运动捕捉方法

基于惯性传感器的人体运动捕捉系统,通常在进行运动捕捉前需要执行特定的标准动作来完成对准,以获得IMU坐标系相对肢体坐标系的姿态。运动受限用户（如偏瘫患者）无法完成一些标准动作,而运动正常用户,也不能保证均能正确执行标准动作,从而导致人体运动捕捉误差。为了克服现有方法的不足,本文研究了一种基于惯性传感器的免对准动作的人体上肢运动捕捉方法,该方法无需执行特定对准动作,佩戴IMU后即可直接进行运动捕捉。通过与“T-Pose”静态对准方案比较,验证了免对准动作方法的有效性,并且基于OpenGL的虚拟人体模型进行了上肢运动捕捉实验。实验表明,所提出的方法简便有效,在无须执行标准对准动作的情况下仍具有较好的人体运动捕捉效果,适合偏瘫患者等行动受限的用户使用。     

基于预测滤波的捷联惯导任意双位置对准方法

针对捷联惯性导航系统(SINS,Strapdown Inertial Navigation System)在大失准角情况下的初始对准问题,建立基于加性四元数误差模型的非线性滤波方程,并提出一种基于模型预测滤波(MPF, Model Predictive Filter)与扩展卡尔曼滤波(EKF, Extended Kalman Filter)相结合的地面任意双位置初始对准方法.该方法将部分惯性器件误差作为模型误差,在线实时估计并修正系统模型,提高了状态估计的精度,并克服了将模型误差假设为高斯白噪声的局限性.半物理仿真结果表明,该方法有效提高了SINS姿态误差角的估计精度,而且也降低了系统状态变量的维数,提高了对准解算的实时性.      

基于增强型单频GPS的高精度星间相对定位样条方法

为了实现高精度的分布式SAR星间相对定位,提出了一种基于增强型单频GPS的相对定位样条方法,即在单频GPS测量信息的基础上,增加星间距离观测信息,并结合相对位置参数的连续特性,建立了相对定位的样条模型,最后利用最小二乘法进行参数估计.仿真结果表明,新方法不仅能大大提高相对定位精度,而且还能有效地减少固定整周模糊度所需的历元.最后的理论分析证明了仿真的正确性.      

基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法

初始对准是旋转式捷联惯导系统（SINS）的关键技术之一。传统旋转式捷联惯导精对准方法多采用10维模型,该模型的精对准精度不能满足导航精度要求。针对此问题,提出了一种基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法。首先,将陀螺和加速度计标度因数误差、安装误差扩展为状态变量,建立了28维的精对准模型;然后,对旋转过程中各状态量的可观测度进行分析,根据分析结果将模型优化为13维;最后,采用卡尔曼滤波实现了旋转式捷联惯导系统的精对准。仿真结果表明,与传统初始对准方法相比,该方法能有效提高姿态对准精度,并估计出更多陀螺误差项。      

基于DSP和FPGA的GPS伪随机码并行快速捕获方案设计

讨论了高动态下GPS伪随机码并行搜索的基本原理,以及自适应门限确定方法与搜索过程中应注意的问题。提出了一种基于高速DSP和FPGA的全数字解扩接收机方案,阐述了工作流程,并给出了系统的结构框图,经测试验证实现了伪随机码并行快速捕获的功能。     

基于GPS信号的电离层S4指数计算方法研究

电波穿越电离层时,由于受到电离层不均匀结构的影响,电波的幅度、相位、时延等有时会发生快速抖动,这就是所谓的电磁波电离层闪烁现象.电离层闪烁会影响卫星通信系统的质量和导航系统的精度.本文分析了GPS信号研究电离层闪烁的基本原理,讨论了电离层闪烁监测中S4指数的计算方法及其修正方法.通过数据模拟,评估了原始S4指数计算方法及其修正方法的性能特点.针对原始S4指数计算方法及修正方法的不足,提出了一种新的修正方法,并采用实测GPS数据对上述方法进行了检验.结果表明,上述方法是有效的和可靠的.     

基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法

利用全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量（Total Electron Content,TEC）,使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.     

基于脊线校准的指纹细节点匹配算法

对自动指纹识别系统(AFIS, Automated Fingerprint Identification Systems)中居于重要地位的细节点匹配算法进行研究,对基于校准的细节匹配算法进行了修正.在细节点相关脊线信息的提取阶段,提取分叉点相关脊线的拓扑信息,并将其引入后续的校准和匹配算法.采用一种半可变的限界盒以适应指纹图像的非线性形变.引入一个新的参考量计算并比较脊线相似度,以更低的计算代价解决匹配中参考细节点对的选择问题,加快匹配算法的收敛速度.将脊线校准和细节点匹配两个阶段结合起来,采用一种新的更简单有效的方法进行细节匹配.测试结果表明,改进的匹配算法能够在使用较少资源的前提下,提高指纹匹配速度,改善系统的匹配性能.      

基于空中对准过程的在线标定及优化设计

光纤陀螺惯组输出误差影响武器系统导航精度,为了弥补地面标定的不足,利用机载制导武器发射前空中对准过程进行光纤捷联系统在线标定.介绍了光纤捷联系统空中对准/在线标定系统模型,基于此设计卡尔曼滤波器;针对某机载航空制导炸弹工作过程进行了对准过程中误差激发与对导航精度影响的仿真分析,并基于此进行了滤波器优化设计;最后进行了优化设计前后导航精度仿真比较,仿真结果显示:完成空中对准/在线标定优化设计后,光纤捷联系统纯惯性导航精度得到提高.      

A two-position SINS initial alignment method based on gyro information

This paper presents a method to improve the accuracy of and reduce the time needed for the initial alignment of strapdown inertial navigation systems. The new method is based on the conventional two position method enhanced by the use of gyro information. After presenting the problem of initial alignment and identifying the key issues – low accuracy and long convergence time, the paper introduces the two position method showing the improvement of performance but not on convergence time. By using gyro information in the new method, precision is improved and time for alignment reduced. The discussion is illustrated with simulations.     

一种实用的基于GPS的飞行试验记录仪

以某小型飞行器靶场试验为背景 ,对弹载接收机GPS外测系统进行简化 ,设计并实现了一种实用的基于GPS的飞行试验记录仪。该记录仪按照实时记录、事后分析的方式工作 ,经过多次打靶试验 ,达到了以非常低的成本获得飞行试验数据的目的     

大方位失准角MIMU空中对准建模及半物理仿真

由于快速性的要求,微小型无人机不经过地面精确初始对准就升空作业,因此MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)空中对准在大失准角下进行. 为了提高微小型无人机空中的反应速度和作业精度,把非线性误差部分作为状态变量,建立MIMU在大方位失准角下无需小角度近似的空中对准的线性模型,同时为解决噪声不确定导致滤波器发散的问题,提出将AKF (Adaptive Kalman Filter)应用在GPS(Global Positioning System)辅助MIMU的空中对准中,半物理仿真结果证实其取得了比基于非线性误差模型的EKF(Extended Kalman Filter)精度高且速度快的结果,不仅使MIMU的方位失准角由60° 快速下降到2° 左右,且所需时间仅为EKF的67%.      

SINS快速传递对准建模与仿真

针对空间武器捷联惯性导航系统SINS(Strapdown Inertial Navigation System)动基座快速、精确初始对准问题,建立了空间环境下武器SINS的动基座误差模型,并考虑武器SINS的惯性器件误差.根据姿态传递对准原理,推导了姿态匹配方式下卫星与武器SINS姿态角之差的量测方程.在此基础上,建立了空间武器SINS传递对准的数学模型,设计一种快速对准卡尔曼滤波器.计算机仿真结果验证了该模型的有效性.在10s时间内,可获得与卫星姿态测量系统姿态精度相当的对准精度,同时还能实现武器SINS惯性器件误差的准确标定.      

一种基于两级EKF的9D-MIMU/GPS微型无人机组合导航系统的鲁棒性设计

本文提出了一种基于两级EKF的9D-MIMU/GPS微型无人机组合导航系统的鲁棒性设计,针对磁强计在低成本微型无人机上应用时容易受到外界干扰,并影响导航系统其它状态量的准确估计的问题,解决了磁强计本身的制造误差、外界硬铁误差、软铁误差以及磁倾角等对导航系统的影响。实验表明,本文的设计能够有效校正磁强计原始测量数据中所包含的误差,并达到与商业导航模块相近的导航状态估计精度。