跨距与运动约束的隧道内列车惯性导航方法

高速列车通过隧道时无法接收卫星信号,而仅依靠惯性导航的定位误差增长较快,针对这一问题提出了一种利用列车和隧道特点辅助惯性导航的方法。该方法使用GNSS和运动约束估计IMU相对于车体的安装角,并在隧道内使用运动约束和路标跨距约束提高列车的定位精度。基于状态变换卡尔曼滤波设计了系统方程和观测方程,与传统方法相比,系统方程更接近线性定常系统,滤波时间更新方程与测量修正方程可采用相同的计算频率,减小实时计算负担,有利于高速运动下的组合导航。基于实际的高速列车行驶实验,设计了列车穿越隧道的仿真实验,实验结果表明,两种约束辅助的惯性导航在隧道内的定位精度有明显提高,优于3‰行程。     

一种基于ST-EKF的惯性/里程计滑动窗口滤波技术

针对在卫星拒止的复杂野外环境下传统的惯性/里程计组合导航系统存在的误差随时间积累和方差不一致的问题,提出了一种基于状态变换Kalman滤波(State Transformation Extended Kalman Filter,ST-EKF)的惯性/里程计滑动窗口滤波技术.一方面,引入滤波鲁棒性更好的ST-EKF替代扩...     

基于ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径.针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法.该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度.与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg.4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m.所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高.     

并存大角速率转动的圆锥算法精度评估

本文利用圆锥运动和大角速率转动并存条件下的规范化四元数,对扩展形式级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法进行了理论误差分析,给出了理论的误差公式.针对不同条件下,即大角速率转动和圆锥频率变化时,揭示了扩展形式频率级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法精度差异的原因.同时,仿真也证明了圆锥运动和大角速率转动并存条件下,扩展形式频率级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法理论误差分析结果的正确性.     

采样量化与滤波对圆锥补偿算法影响对比分析

研究了圆锥运动情况下陀螺角增量采样量化对姿态误差的影响, 对比分析 了单子样算法、三子样扩展频率级数算法和三子样显式频率整形算法,理论推导给出陀 螺角增量分辨率造成的量化误差方差和圆锥算法姿态误差方差间关系的理论表达式。推 导公式及蒙特卡罗仿真结果表明,除通过脉冲细分提高陀螺角增量分辨率外,低通滤波 和提高姿态更新频率也可减小量化误差对姿态解算的误差影响。     

初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准算法

针对多潜航器连续快速布放需求,提出基于初始方位信息辅助下快速传递对准算法.潜航器惯导系统只在对准初始时刻由移动基准惯导提供准确的方位信息和概略的水平姿态信息,布放入水后以初始时刻水平姿态误差和当前速度误差为滤波状态,以水下多普勒测速仪的速度为观测量,通过卡尔曼滤波进行惯性系下的航行中对准.实验验证以优于0.01(°)/h的激光陀螺惯导系统/卫星组合导航的姿态解算值为参考基准,基于实际数据的仿真计算表明,在50s内即可实现快速对准,方位精度达到1密位(1σ).     

恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统半实物仿真

提出一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统方案。用一个不随偏频机构旋转 的机抖激光陀螺,改善恒速偏频激光陀螺惯导系统在偏频旋转轴方向的载体角速度测量 精度。给出了偏频旋转轴方向等效陀螺采样值的计算方法和关键结构参数标校方法;分 析了纯惯导的系统误差特性,在初始对准卡尔曼滤波模型中,增加了偏频旋转轴方向的 陀螺漂移以及耦合偏差造成的等效北向陀螺漂移作为误差状态。恒速偏频/机抖激光陀 螺惯导系统的半实物仿真实验结果表明：在静基座条件下,初始对准10min 后,方位角收 敛到10″ （1σ） 内; 初始对准20min 后, 纯惯导4h, 北向和东向位置误差最大值均小于 200m。     

基于模糊自适应滤波的水下INS/DVL组合导航研究

由于水下环境的复杂性,多普勒测速(DVL)误差的均值和噪声方差等统计特性均存在跳变现象,影响了INS/DVL组合导航精度。为此提出了一种基于模糊自适应滤波的水下INS/DVL组合导航算法,通过实时监测滤波残差的均值变化以及滤波残差方差与理论滤波残差方差的不一致程度,利用隶属度函数在线修正多普勒测速偏差以及量测噪声的统计特性。本文改进了已有模糊自适应滤波算法未考虑观测误差均值跳变以及对残差方差变化过于敏感的问题,并对DVL零偏跳变进行了修正。试验表明,所提出算法对多普勒测速误差的均值和噪声方差跳变具有较强的适应性,能够有效提高水下INS/DVL组合导航精度。     

正弦波正交检测陀螺寻北仪方向敏感误差分析与补偿

以单轴连续旋转式陀螺寻北仪为研究对象,采用正交检测技术寻北时,由于转台旋转存在锥动、周期性转速不平稳和测角误差,将引入方向敏感误差,且对寻北精度影响较大。通过理论分析和实际测试,单或双陀螺寻北方案均不能完全补偿方向敏感误差,而采用三陀螺寻北方案能够完全补偿方向敏感误差。提出了正弦波正交检测寻北方案,并利用实验室自主设计的恒速偏频激光陀螺寻北仪进行测试验证。实验结果表明,静基座条件下,采用单或双陀螺寻北方案只能达到10角分级精度;而采用三陀螺寻北方案3min寻北精度优于50角秒（1σ）、10min寻北精度优于30角秒（1σ）、20min寻北精度优于15角秒（1σ）。     

基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究

传统惯性辅助GNSS欺骗信号检测方法对小于纯惯导误差漂移的逐步拉偏不敏感。针对这一问题,提出了一种基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗信号检测方法。基于短时间内纯惯性导航结果和短时间惯导系统位置误差传播模型,利用惯导提供的位置和速度对伪距和伪距率时间序列进行预测估算,并结合伪距、伪距率实际测量结果,分别构造位置/伪距和速度/伪距率时间序列模型做参数拟合。基于真实信号得到的模型参数都是由惯导系统误差造成的,具有一致性;而基于逐步诱导式欺骗信号得到的模型参数还与欺骗策略的设定、载体飞行轨迹的观测以及干扰源的位置有关,具有不一致性。通过对比模型参数可判别欺骗信号的存在,对于真实信号,采用紧耦合组合导航修正INS输出;对于欺骗信号,继续惯性导航并采取相应措施。最后,根据逐步诱导式欺骗原理进行实验仿真,验证了算法的可行性和有效性。