基于时序状态学习模型的行人惯性导航算法

基于深度学习的行人惯性导航方法具有较强的适应性,近年来逐渐成为研究热点。然而,现有方法未充分考虑惯性数据的时序特性,缺乏时序数据的拟合能力。为进一步抑制微惯性导航系统的误差发散,建立了基于时序状态学习模型的行人惯性导航算法。与传统的行人航位推算(PDR)算法不同,此算法不依赖于传统的行人惯性导航框架,而是利用选择性两层双向状态空间模型结构,对特征编码后的隐式惯性特征向量进行时序建模,从而实现位移与不确定性估计。然后,将神经网络估计结果通过扩展卡尔曼滤波进行融合,以进一步降低误差漂移。通过行人导航实验,验证了该方法能够提升定位精度,有效抑制惯性误差发散,实现精准的行人导航。相较于紧耦合可学习惯性里程计(TLIO)方法,绝对轨迹误差和位移漂移率分别降低了32.35%和41.27%。

激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性与外场自标定

惯导系统参数稳定性是决定系统精度的重要因素。基于激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性统计分析,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统外场自标定的加速度计组件误差参数模型。以惯性组合转动后重新调平的水平姿态修正量以及静态下重力测量误差为观测量,不依赖外界方向姿态转角等基准信息,实现了加速度计组件主要误差参数在外场条件下的自标定,并给出了标定参数的修正方法。实验表明,常温下加速度计组件的标定参数发生明显变化,采用外场标定方法可对其进行修正,相应的水平姿态最大误差由65″减小到10″。该方法标定精度好,标定时间短,操作简便,且对基座不稳造成的瞬时姿态小扰动影响有抑制能力。

激光陀螺捷联惯导系统尺寸效应参数标定与优化补偿

提出一种捷联惯导系统尺寸效应标定补偿方法,先标定出捷联惯导系统中每个加速度计相对于三轴转台回转中心的杆臂参数,再基于尺寸效应误差最小原则,对载体坐标系原点位置进行优化,得出相应的尺寸效应参数。对于零偏稳定性优于2×10?5g的加速度计,杆臂参数与尺寸效应参数标定重复性优于0.2mm。将载体坐标系原点置于三轴转台回转中心,以重力加速度g为基准验证标定补偿效果,转台匀速转动情况下,补偿后10min平均偏差小于2×10?6g。根据激光陀螺角增量采样值求出角速度和角加速度,对惯导实验中的尺寸效应进行补偿,在转台角运动条件下纯惯性导航1h定位误差由尺寸效应补偿前的1600m减小到补偿后的300m以内。

激光陀螺机械抖动偏频对等效转动矢量姿态计算的影响

研究了激光陀螺机械抖动偏频影响等效转动矢量姿态计算精度的机理。用双子样N次迭代算法推导了载体实际姿态角运动与机械抖动发生谐振时产生的姿态计算误差项,指出其误差作用机理与惯性导航比力方程计算中划摇误差的相似性。针对三轴激光陀螺共一个机械抖动轴和3个单轴激光陀螺构成惯性组合两种情况进行了讨论。根据对静态条件下惯性组合中激光陀螺采样信号的功率谱密度分析,指出当采样频率较低时,会产生与抖动有关的低频周期分量,与低频的载体姿态运动谐振将产生姿态计算误差,应尽量提高采样频率及等效转动矢量计算频率。

捷联寻北系统中的矢量分析方法

捷联寻北系统的基本工作原理基于以下矢量的相互关系：速率陀螺敏感轴方向矢量、加速度计敏感轴方向矢量、多位置转动轴方向矢量、寻北方向基准（瞄线）矢量、地球自转角速度矢量和重力场矢量。文献中［１］的多位置寻北方案建立在如下假设之上：陀螺敏感轴方向、加速度计敏感轴方向与寻北方向基准（瞄线）矢量一致并和多位置转动轴方向矢量正交，同时要求解析调平时台面倾斜小于１０。本文用矢量分析的方法对捷联寻北系统中各种矢量更加一般性的相互关系作了统一描述，并在新的数学框架下对寻北精度进行了分析，在台面倾斜角大于１０的情况下给出了寻北修正公式。

激光陀螺抖动偏频解调与微小角速度检测

—本文讨论了激光陀螺抖动偏频解调与微小角速度检测的主要技术难点。针对难点，在整周期采样解调基础上提出了脉冲边沿触发鉴相解调方案，同时对该方案的合理性进行了详细分析和理论证明。文章最后指出，该方案对大角速度的高精度检测同样适用。

德国“大科学”研究模式与博士生培养的科研学术环境

从科研设备共享、跨学科合作研究、综合性交叉性研究平台与研究中心建设、导师群体与人才交流等方面阐述了德国"大科学"研究模式下博士生培养的科研学术环境。

动态约束下的惯性姿态测量系统分析

分析了动态条件下,载体姿态参数的惯性测量问题。以实际工程应用为背景,推导了运动约束条件下,基于两个激光陀螺、两个加速度计的系统姿态测量模型。根据载体姿态动态变化的不同频谱特性,进行了基于频域分析的算法设计,通过实验验证了算法的可行性。

自动化专业系列实验教学中的认知心理引导

在系列实验教学过程中进行认知心理引导，走落实以学习者为中心教学理念的重要环节。针对自动化专业本科生，基于认知心理学，结合系列课程系列实验案例讨论了基于问题解决的知识建构过程的引导、系统的学科视角的引导、科学分析方法论的引导，以及实践创新意识的引导。

车载SINS行进间初始对准方法

针对车载捷联惯导系统,提出了一种行驶条件下的初始对准方法。通过实施两次技术性短时停车(共计30s),利用车辆启动前和行进途中停车状态下的重力矢量,确定初始时刻载体坐标系(定义为惯性坐标系)和中间时刻一个过渡坐标系的姿态关系;经姿态转换,实现车载捷联惯导系统行进间高精度自对准。16次车载实验结果表明:该方法的方位对准精度达到0.03°(1σ),水平精度优于0.005°(1σ);对准时间长短可变。该对准方法不需要外部速度观测,对准中间过程自由行驶,有利于提高载车机动能力。

捷联惯导姿态算法中的圆锥误差与量化误差

对捷联惯导系统的误差源进行了研究,利用几何方法分析了不可交换性误差和量化误差的形成机理,以及它们的相互影响。针对工程应用中激光陀螺输出脉冲采样量化条件,就多子样算法进行了讨论,并设计了基于MATLAB/Simulink的仿真。研究结果表明,当考虑量化误差的影响时,选取适当的量化因子,三子样等效旋转矢量算法比其它算法具有更好的综合性能。

UKF滤波技术在AUV组合导航中的应用研究

高精度的导航定位是AUV研究中所面临的主要挑战之一。采用GPS辅助的INS/DVL组合导航是目前AUV的主流导航模式。当前实现GPS/INS/DVL组合导航的技术主要有航迹推算(DR)和卡尔曼滤波。文中将UKF(UnscentedKalmanFilter)滤波技术应用于AUV组合导航,并把UKF与传统的DR和EKF(ExtendedKalmanfilter)方法进行了仿真比较研究。仿真结果表明,UKF在计算量上与EKF相当,但是UKF的位置、航向估计精度都要优于DR和EKF。

基于转台误差分析的高精度惯测组合标定编排改进

转台误差影响高精度惯测组合标定精度。利用姿态转换四元数建立了转台误差模型,分析了转台误差对一种典型惯测组合标定编排方案的影响。在分析转台误差影响规律的基础上,提出了一种标定编排改进方案,可以有效抑制转台误差,提高标定精度。仿真和试验对标定编排改进前后的标定精度和导航性能进行了对比,表明改进编排方案可以提高陀螺和加速度计安装误差角标定精度,改善系统导航性能。

基于二维质点振动模型的半球谐振陀螺谐振子进动分析

半球谐振陀螺是基于固体波的进动效应进行角速度检测的一种全固态陀螺。为分析半球谐振子中固体波的进动效应,基于虚功原理,建立了理想条件下半球谐振陀螺谐振子中固体波进动的动力学模型。针对进动波的动力学模型过于复杂、难于分析的缺陷,提出采用相似系统的分析方法,将该动力学模型等效为二维空间质点的简谐振动模型;采用"快变量"与"慢变量"分离的方法,对等效模型进行了参数分析,通过与实际的半球谐振陀螺信号处理系统采集的李沙育图形进行对比,验证了等效简谐振动模型的有效性和正确性。

单目视觉里程计/惯性组合导航算法(英文)

提出一种单目视觉里程计/捷联惯性组合导航定位算法。与视觉里程计估计相机姿态不同,惯导系统连续提供相机拍摄时刻对应的三维姿态,克服了单纯由视觉估计相机姿态精度低造成的长距离导航误差大的问题。通过配准和时间同步,用惯导系统解算的速度和视觉里程计计算的速度之差作为组合导航的观测量,采用Kalman滤波修正组合导航系统的误差,同时估计视觉里程计标度因数误差。分别在室内外不同环境下进行了22 m的推车实验和1412 m的跑车实验,定位误差分别为3.2%和4.0%。与Clark采用姿态传感器定期更新相机姿态估计结果的方法相比,单目视觉里程计/惯性组合导航定位精度更高,定位误差随距离增长率低,适合步行机器人或轮式移动机器人在复杂地形环境下车轮严重打滑时的自主定位导航。

机载激光雷达系统标定方法

为满足机载激光雷达系统测量精度需求,研究了激光雷达与导航系统安装偏差参数的标定问题。首先,利用激光雷达反射强度信息确定和检测控制区,通过控制区平均获取对应的控制点,并根据控制点量测构造包含偏差参数和导航参数信息的激光矢量量测方程。然后,利用广义最小二乘法对噪声进行白化操作。最后,进行最小方差准则下的内方位参数估计。实验结果表明,该算法能够有效抑制系统矩阵不精确的影响,安装角估计精度<0.01°,安装杆臂估计精度<3cm。与传统方法相比,在量测噪声放大条件下估计精度平均提高了5.27%,在放宽小角度假设条件下估计精度平均提高了6.54%,满足机载激光雷达系统标定在强误差条件下的精度及鲁棒性需求。

FLP滤波算法在光纤陀螺信号预处理中的应用

在简要地介绍FLP(前向线性预测)滤波技术的基础上,采用该方法对某型光纤陀螺信号进行FLP实时滤波,对滤波后的数据进行了功率谱密度和Allan方差分析,并把滤波效果与小波变换滤波和IIR数字滤波器的滤波效果进行了对比,得出了FLP滤波能有效的减少光纤陀螺的零偏不稳定性、角度随机游走误差和抑制高频噪声的结论。

北斗/INS深耦合接收机基带滤波器设计

随着北斗导航系统的组网,北斗/INS深耦合接收机的研制具有重要价值。传统的接收机基带滤波环路通常为相互独立的载波环路滤波器与码环路滤波器,码环路无法充分利用载波环路的信息,因此码环的动态性能受到限制。设计了载波/码组合滤波器,将载波环与码环的测量信息在一个滤波器内进行耦合,实时估计码相位、载波相位、多普勒频移与其变化率。通过北斗B3频点实际静态数据和GNSS模拟器采集的卫星-用户视线方向40g高动态数据进行离线跟踪测试,载波/码组合滤波环路可跟踪40g高动态信号,且静态数据的跟踪精度相比传统滤波环路提高27%。上述算法成功应用于基于Xilinx平台的卫星信号处理设备在线跟踪。提出的组合滤波器结构简单,测试有效,为北斗/INS深耦合接收机的工程实现提供参考。

双航海惯导联合旋转调制协同定位与误差参数估计

单轴/双轴旋转调制航海惯导备份配置满足了舰艇对于定位精度、可靠性、成本的综合要求,但系统间缺少信息融合。针对此问题,以单轴旋转惯导的姿态误差、速度误差、位置误差与双轴旋转惯导对应误差的差值以及两套惯导的陀螺常值漂移、水平加速度计常值零偏为系统状态,并以二者间扣除杆臂效应后的速度及位置的差值为观测量,通过联合旋转调制,改变两套系统IMU的相对姿态关系。分段常值可观测性分析表明,所有系统状态完全可观。建立了定位误差预测方程,对单轴旋转惯导方位陀螺漂移造成的定位误差进行预测补偿。实验结果表明,对单轴旋转惯导方位陀螺漂移造成的定位误差预测补偿后,其定位误差减小了30%,不仅满足了高可靠性的要求,而且提高了故障情况下的导航精度。

静基座速率偏频激光陀螺捷联惯导系统快速高精度初始对准算法

针对惯性器件误差对初始对准精度的影响,提出了基于速率偏频激光陀螺捷联惯导系统的快速高精度初始对准算法。首先,研究了初始对准阶段惯性器件的误差特性;然后,建立了激光陀螺标度因数和加速度计零偏的二次非线性误差模型,并对其进行在线估计和补偿;最后,采用卡尔曼滤波方法对激光陀螺零偏残差进行估计,得到系统初始对准姿态矩阵。实验结果表明,该算法可以有效消除激光陀螺标度因数误差、零偏误差和加速度计零偏误差等因素对初始对准精度的影响,初始对准时间为3min时水平姿态角对准精度为2″,偏航角对准精度优于30″,精度和快速性均得到显著提高。