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。     

基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算研究

基于旋转导弹的原设计,在旋转弹消旋平台上安装两轴框架,将红外探测光轴固定于框架上,采用微型惯组固连于红外探测光轴的底端以简化旋转弹导引头结构与多模复合设计,对基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算方法进行了研究,以实现导引头搜索至截获目标期间的姿态和位置的解算。给出了消旋平台和惯组的总体设计,采用引入框架码盘和消旋平台数据的方法,正确解算出此阶段导航信息,确保弹体的平稳准确飞行。建立了引入框架码盘误差后的位置姿态解算模型及流程。理论推导了框架转换定位与姿态及其相应误差。在两轴转台上用实物导引头验证了算法的正确性。对误差补偿设计和惯组精度需求进行了量化分析与验证。结果表明:陀螺漂移量控制在0.1(°)/s以内,初始姿态角误差控制在0.2°以内,探测器指向误差可达到半视场优于0.2°;加速度计误差控制在0.1m/s~2以内,码盘误差控制在0.04°以内,惯导定位误差在10s内可保证小于10m。该结论对此类旋转弹的后续发展有重要的参考意义。     

旋转平台惯导系统旋转效应误差高精度补偿算法

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了旋转式HRG平台惯导系统。针对旋转效应误差对旋转平台惯导系统的导航解算精度影响较大的问题,提出了一种旋转效应误差的高精度速度补偿算法和位置补偿算法。通过分析旋转平台惯导系统的特殊性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程以得到完整的误差补偿表达式;为避免直接积分求解,采用余弦函数对载体加速度在台体坐标系上的分量进行拟合,从而实现了精确的补偿运算。仿真及试验结果表明,算法能更有效的补偿系统旋转效应误差,提高了旋转平台惯导系统的导航精度。     

半球谐振陀螺旋转惯导系统误差抑制机理研究

为了优化半球谐振陀螺旋转惯导系统设计、合理分配系统误差,本文分别从局部和全局角度出发,系统分析了旋转惯导系统在静基座条件下的误差传播规律。利用局部分析法讨论了旋转对惯性器件常值误差、标度因数误差以及安装误差的抑制情况,讨论了调制速度与陀螺仪标度因数误差、安装误差耦合所产生误差的特点,给出了组建旋转惯导系统时惯性元件的选择准则;利用全局分析法推导了多误差源同时激励下旋转惯导系统的误差传播模型,得到了导航误差的时域解析表达式。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。研究结果为半球谐振陀螺旋转惯导系统的工程设计、改进提供一定的理论支持。     

捷联惯性/大视场星光组合导航方法研究

近年来,使用星敏感器的导弹、火箭惯性组合导航成为国内外研究的热点.本文对捷联惯性/大视场星光组合导航方法进行了研究,建立了卡尔曼滤波方程,并利用SINS误差转移矩阵方法估计主动段导航误差.数学仿真表明:捷联惯性/大视场星光组合导航方法不仅可以修正姿态角偏差和陀螺常值漂移,还可以对主动段的速度、位置误差有很好的估计效果.     

旋转惯导的发展及应用

惯性导航系统是现代各类载体的核心设备,其精度的高低制约着整个载体精度和性能的提升。旋转调制是提高惯导系统精度的一种重要误差补偿技术。本文对国内外旋转惯导的发展与应用情况进行了综述。相较于国外旋转惯导的大量成功应用,国内还需进一步提高旋转惯导的应用研究水平,以满足高精度的航海、航空以至航天领域长时间自主导航的需求。     

弹性机翼对机载导弹子惯导系统导航精度的影响分析

弹性机翼的振动及杆臂效应会引起机载导弹加速度计输出中的附加干扰加速度，从而引起导弹子惯导系统的导航参数误差。本文通过建立机翼弹性振动模型及惯导误差传播模型，从理论上分析了机翼弹性振动及杆臂效应对子惯导系统导航精度的影响，并进行了计算机仿真研究。     

一种用于机载导弹动基座传递对准精度分析的工程方法

提出了一种在不具备精确标定设备的试验条件下,分析动基座传递对准精度的工程方法。基于传递对准的安装误差角滤波估计结果,修正子惯导的初始姿态,并重新进行子惯导的导航解算。通过比较初始姿态修正前后子惯导的导航误差,分析对传递对准的精度。对试验数据的处理结果表明:用该法进行子惯导的导航解算,所得速度和位置精度大幅提高。     

微型惯导系统在余度配置时的转动标定技术研究

余度技术是提高惯性导航系统性能的一种重要手段。对微小型惯性组合导航系统中的惯性传感器多余度配置技术进行了研究,开发了MEMS惯性器件构成的微型余度配置惯导系统,分析了微小型惯性组合导航系统的特点和误差特性,并经过测试分析,建立了惯性传感器的误差模型。针对余度配置系统静态标定精度低的问题,提出了六位置转动标定算法,该算法只需要一个单轴速率转台就可以标定出IMU误差参数,并对采用低精度陀螺的惯性系统标定具有通用性。经过实际系统测试分析,误差补偿后的微型余度配置惯导系统的系统导航精度明显提高,验证了算法的有效性。     

末制导雷达/惯性复合导航算法

研究了末制导雷达/惯导的复合导航算法,当导弹攻击慢速移动目标时,可以根据惯导输出和雷达信息,采用Calson滤波算法估计出目标的位置信息和惯导误差,从而修正目标运动和惯导误差。仿真表明,Calson滤波算法能较好地提高制导精度。     

一种月球车惯性/视觉组合导航方法研究

基于月球车主要依靠惯性导航和视觉导航的现状,设计了一种惯性/视觉组合导航方法。该方法根据惯性导航原理建立月面环境下的位置、速度和姿态误差方程,并利用惯导前后时刻的观测值计算相对运动参数,基于该参数与视觉导航相对运动观测值之差建立量测模型。该差值只与当前时刻惯导误差相关,避免了对状态的增广。针对量测噪声未知的问题,采用自适应卡尔曼滤波对量测噪声进行在线估计。仿真结果表明,该组合导航方法能提高定位精度以及横滚角、俯仰角精度,减小误差漂移,是一种有效的月球车自主导航方法。     

基于单轴旋转的光纤捷联惯导系统误差特性与实验分析

针对惯性器件偏差是影响惯导系统导航精度的主要因素,同时考虑到多种误差源对调 制型捷联系统的影响,提出了一种利用惯性测量单元(IMU)四位置转停的误差调制方法。分 析了调制型捷联系统的误差特性并建立了四位置转位方案模型。利用实验室自行研制的光纤 捷联惯导系统分别进行IMU静止和四位置转位运动下的长时间导航实验,实验结果表明了该 方法的有效性。
     

基于横滚隔离平台的旋转弹惯导系统实现方法研究

为实现反舰导弹的可靠拦截并满足导弹小型化及低成本,对一种基于横滚隔离平台的旋转弹惯导系统实现方法进行了研究。采用横滚隔离平台与成像系统消旋平台复用,建立消旋稳定控制系统的模型,经仿真验证了横滚隔离平台能保证惯导系统在较稳定的载体环境中工作。给出了捷联惯导的初始对准算法,选择捷联惯导自对准算法,经分析发现算法的估计与理论分析结果一致。设计捷联惯导解算算法,用单回路等效旋转矢量三子样算法更新姿态矩阵;在杆臂补偿的前提下用四阶龙格-库塔法更新弹体速度与位置,用数字仿真验证了设计的惯导算法能满足导航精度的要求。选取典型弹道进行评估,仿真结果表明,设计的算法精度基本满足工程实现要求,验证了方法的可行性。     

捷联惯导系统大方位失准角下的非线性对准

采用欧拉角描述平台坐标系与导航坐标系间的失准角,推导了适用于捷联惯导系统的非线性误差方程,证明了该方法仅适用于方位误差角为大角度,而水平误差角为小量的情况。数学仿真表明:在方位误差角为大角度情况下,采用所推导的误差方程和非线性滤波技术能获得更高的估计精度。     

捷联惯导系统在运动基座上的建模及误差传播特性研究

捷联惯导系统（SINS）在导航制导领域占有愈来愈重要的地位，尤其在各类导弹武器系统中得到广泛应用。基于机载武器的特点，推导了SINS在动基座条件下系统及惯性元器件的误差传播方程，建立了SINS在运动基座上系统的误差状态模型。研究了SINS各主要误差因素对安装在运动基座上武器系统导航误差的传播特性，定量地得到了其对SINS导航精度的影响程度，并进行了仿真试验。研究结果可为机载武器SINS的工程设计提供理论参考作用。     

旋转式平台惯导加速度计尺寸效应分析及高精度补偿

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了HRG旋转式平台惯导系统.针对旋转式平台惯导系统在导航过程中台体绕台体轴的往复旋转会引起加速度计尺寸效应误差的问题,在对加速度计尺寸效应误差的产生机理进行深入分析的基础上,结合旋转式平台惯导系统的特性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程,建立了加速度计尺寸效应的高精度补偿算法,并讨论了减小加速度计尺寸效应所引起的发散的位置误差的方法.仿真实验结果表明,这种算法能够有效减小加速度计尺寸效应引起的速度误差和位置误差,从而验证了文中理论分析的正确性及所建立的补偿算法的有效性.     

基于速度追踪法的旋转导弹空中截获制导方法研究

为保证旋转导弹导引头尽早截获目标并能适应导引头截获距离的变化,对一种基于速度追踪法的空中截获制导方法进行了研究。将速度追踪导引律引入中制导,给出了制导律。对速度追踪法的前置角收敛特性和弹道收敛性进行分析,证明了速度追踪法用于空中截获制导时的有效性。讨论了速度追踪系数的取值方法,以及其与前置角稳态误差的关系,给出了制导参数的优化方法,解决了初制导段前置角振荡及导引头截获距离附近前置角稳定性协调问题。仿真结果表明:将速度追踪法引入空中截获制导,既保证了弹目距离收敛,又能尽早满足导引头角度截获条件,适应不同拦截方向导引头截获距离变化造成的截获困难,利于导弹快速进入末制导。提出的制导算法适于大离轴角发射和目标机动情况,简单易行,性能良好。     

长航时环境下高精度组合导航方法研究与仿真

研究了一种利用捷联惯导、星敏感器和北斗接收机进行长航时高精度组合导航的方法.对捷联惯导系统误差、星敏感器安装误差、北斗定位误差分别进行建模,将星敏感器输出的载体姿态角、北斗接收机输出的载体位置与捷联惯导输出的对应参数分别相减作为量测,推导获得组合导航量测方程.针对长航时环境下可能面临量测噪声统计特性的不确定问题,采用简化的Sage-Husa自适应滤波算法进行组合导航滤波设计.仿真结果表明,该组合导航方法的定位精度达到±11.86m,定姿精度达到±0.27′,并且对量测噪声统计特性的突变具有较强的鲁棒性.     

基于激光测距和惯导的非合作目标远程交会相对导航算法研究

对非合作目标的远程交会,研究了一种基于激光测距和惯导的相对导航方法。给出了由激光测距仪和惯性传感器组成的相对导航系统。设计了相对导航算法:用激光测距获得的相对距离和相对方位、俯仰角度与惯导获得的姿态和位置信息,确定目标飞行器与追踪飞行器相对轨道动力学方程并进行递推,输出相对位置与速度;用激光测距输出的相对距离和相对方位、俯仰角度与惯导获得的姿态、位置信息,由卡尔曼滤波得到相对位置与速度的误差并对递推结果进行修正,修正的结果作为相对导航最终的输出。算例表明:该相对导航方法适于非合作目标远程交会,在远程交会结束时刻,相对位置误差小于1m,相对速度误差小于0.05m/s;相对导航滤波器的加速度计常值偏差估计误差明显小于绝对导航滤波器。     

复合导引头中视线角速度提取技术研究

为提高视线角速度输出精度,对舰空导弹制导控制系统的红外成像/被动微波复合导引头视线角速度提取技术进行了研究。基于复合导引头在红外比例阶段和红外随动阶段的跟踪原理,采取微波截获时红外框架随动的方式,在导弹全程跟踪过程中根据红外位标器系统提取视线角速度的方法。分析了由陀螺角速度与误差角微分速度和、陀螺角速度与误差角微分速度通过卡尔曼滤波,以及由框架陀螺直接给出敏感到的角速度三种求取目标视线角速度方法,认为后两者的精度易受延时、干扰或滤波发散的影响,选用第一种方法,并采用低通滤波器提高视线角速度提取精度。给出了误差角微分信号和陀螺信号先滤波后匹配,以及先匹配后滤波两种方式的工作原理。仿真结果表明:两种方式结果基本相同,均可实现导引头视线角速度的提取,先匹配后滤波的计算量小,可优先选用。研究对提高舰空旋转导弹复合导引头的制导性能有一定的参考价值。