重力传感器参数双轴旋转调制标定方法及实验验证

重力传感器参数的外场标定可充分发挥重力仪的测量潜力，提高重力测量的精度。利用全局可观性方法，对加速度计在静态条件下的参数可观性进行了分析，推导了静态多位置条件下加速度计参数可观的条件。根据理论推导的参数可观的条件，以双轴旋转重力仪为实验平台，设计了标定参数的编排方案。实验结果表明，该方法所测得的刻度因数对角线的最大偏差达到了10-8量级，利用对角线上的刻度因子修正了三轴转台的标定结果。2800s纯惯导解算结果证明，使用外场标定参数与实验室三轴转台标定参数的纯惯性导航精度相当。     

平衡空间到模态空间的反映射模型降阶方法

针对内平衡降阶方法物理意义不清晰,平衡坐标无法由传感器直接测量的问题,文章基于柔性航天器动力学模型,提出了通过反映射实现平衡空间到模态空间的模型降阶方法。利用状态空间线性变换传递函数和特征值的不变性,通过平衡降阶模型零极点传递函数获得了与原系统相对应的特征频率,给出了平衡降阶模型与原模态子空间的映射关系,成功构造了反映射矩阵。频率响应及可控可观性分析结果显示,模态子空间降阶模型能够准确找到与原模型相匹配的状态变量,物理意义清楚,便于控制系统使用。     

基于自适应遗传算法的MEMS加速度计 快速标定方法

微惯性测量单元（MIMU）的标定技术是低精度惯性导航领域中的重要研究方向,传统标定方法操作复杂,标定精度严重依赖转台精度。为解决大批量MIMU快速标定的问题,提出了一种基于自适应遗传算法（GA）的微机电系统（MEMS）加速度计快速标定方法,将加速度计标定问题转化为参数优化问题。首先,利用模观测原理构造目标优化函数;然后,分析系统可观测度确定最优标定编排方案;最后,采用全局搜索的自适应遗传算法优化标定参数。实验结果表明:与牛顿迭代法相比,标定精度提升1~3个数量级,运算速度提高61%。标定后解算的水平姿态角误差小于0.1°,可实现与传统标定方法相同量级的姿态精度,验证了所提方法的优越性和实用性。      

大气层外拦截弹基于方位测量的被动测距

针对测量信息为视线角或视线转率的大气层外拦截弹研究了被动测距问题。依据可观性本质构造了相对距离的可观性指标，推导了可观性指标的解析表达式，在此基础上分析了影响相对距离可观性的因素，并进行了仿真验证。研究表明：接近速度越小，可观性越好；较大的轨控加速度有利于提高可观性；令正负向轨控发动机交替开启，使视线转率在零值附近振荡有利于测距误差收敛，但以视线角为测量信息时，视线转率振荡范围不宜过小。     

基于奇异值分解的组合导航可观测度计算

以捷联惯组为主惯导的组合导航系统具有短时定位精度高、可靠性强等优点,但其依然存在长时间导航精度不高、运算量大、组合效率不高等问题。为更好地完善组合导航系统的误差补偿和抑制技术,对SINS/DVL组合导航系统的可观测性能进行了研究。在分段定常系统(Piece-wise Constant System,PWCS)的可观测性分析方法及基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法基础上,结合可观测性矩阵的遗传特性,提出了一种简化的状态量可观测性分析方法,并对该方法进行了理论仿真。为方便比较状态量的可观测程度,对各状态的可观测度进行了归一化处理。最后,通过湖面跑船实验设计了不同的航迹机动方式,计算了关键导航参数的可观测性能。实验证明,该方法可以实时计算组合导航参数的可观测度,根据可观测度设计的航迹可以有效提高导航精度,定位精度可提高1个量级,收敛速度也获得了明显提高。     

SINS/CNS组合导航系统的降阶模型研究

在利用卡尔曼滤波器对数据进行处理时,其计算时间是由模型的状态矢量维数n决定的,每一步迭代的计算量与n3成正比。状态维数的减少会使计算时间大大缩短。本文首先介绍了SINS/CNS组合导航系统的动态模型,研究了基于奇异值分解的状态可观测度分析方法并提出一种改进的方法,在求状态变量的可观测度时,抛开了观测量,只利用可观测矩阵进行分析,然后应用该理论对SINS/CNS组合导航系统进行状态可观测度的分析,略去不可观测的状态分量,提出一种降阶的系统模型。仿真结果证明,降阶模型可以提供满意的导航精度。     

一种自适应协方差矩阵旋转变换卡尔曼滤波算法及其应用

在被动方式下对目标进行跟踪 ,由于系统的可观性较弱 ,很容易引起状态误差协方差矩阵的过早跳变而导致系统发散。为此 ,本文研究了一种新的卡尔曼滤波算法 -自适应协方差矩阵旋转变换卡尔曼滤波算法 ,并将其应用于水面目标被动跟踪。由于该算法的协方差更新采用状态滤波值计算雅可比矩阵 ,因而具有更好的一致性。仿真结果表明 ,该算法可以克服观测模型线性化误差带来的不良影响 ,改善由于观测噪声的统计特性不能精确已知而导致的滤波不稳定问题 ,具有良好的鲁棒性、快速性和精确性。     

一种新的快速传递对准方法及其可观测度分析

传递对准能够充分的利用丰惯导(MINS)的高精度导航信息,使子惯导(SINS)获得较高的对准精度和较快的对准速度,成为机载、舰载武器惯导系统初始对准的首选方案.为了实现快速传递对准,美国学者Kain放弃了在导航坐标系内定义姿态误差进而建立误差模型的传统方案,在载体坐标系内分别定义了真实姿态误差和计算姿态误差,并分别建立了误差模型,并在该模型的基础上提出了具有较快对准速度和较高对准精度的"速度+姿态"匹配快速传递对准方法.提出了基于该误差模型的"速度+角速度"匹配快速传递对准方法,并对基于奇异值分解的町观测度分析方法进行了改进,通过可观测度的分析表明本文所提方法使得真实姿态误差的可观测度有较大的提高,仿真结果验证了理论分析的结论,各个坐标轴上姿态误差角的估计精度都有不同程度的提高,特别是方位误差角的估计误差减小为不到原来的1/3.     

基于信息理论的INS／Vision相对导航系统可观测度分析

基于导弹编队协同作战的应用背景,提出了一种基于INS／Vision的相对导航方法。推导了领弹与从弹间的相对惯导方程,给出了使用视觉导航设备测量领弹与从弹间相对视线矢量的原理。用扩展卡尔曼滤波融合相对惯导信息和相对视线矢量信息,估计相对位置、相对速度和相对姿态。用信息理论分析相对导航系统可观测度,给出随机变量的熵和共有信息的定义,将共有信息作为系统可观测度的衡量标准,分析了INS／Vision相对导航系统状态的可观测度,由此确定位置估计精度最高时领弹与从弹间的相对位置关系。仿真研究验证了相对导航方法的有效性和可观测度分析结果的正确性。     

应用卡尔曼滤波的线性系统可观测度实时估计方法

针对采用卡尔曼滤波算法进行线性系统状态估计的应用场合,提出了可观测度实时估计方法.该方法通过提取离散卡尔曼滤波迭代计算过程中的矩阵进行分析,因而在无需增加额外计算量的情况下,可获得系统可观测度性能的实时估计.该方法可以指导滤波器的设计过程或者在线估计系统的滤波器性能,具有工程应用价值.给出了应用该方法的原理推导过程,通过SINS系统地面单/双位置对准的实例比较分析证明该方法的有效性.