基于激光SLAM辅助的陆用惯导行进间粗对准方法

目前常见的陆用惯导系统的行进间对准方法往往存在一些各自的问题,如GPS辅助时容易受到信号遮蔽影响;而里程计辅助时往往会受到机动路线约束的限制。针对这些问题,提出了一种激光SLAM系统信息辅助的陆用惯性导航系统(SINS)行进间粗对准算法,推导了基于激光SLAM系统视在速度观测矢量的姿态矩阵更新算法,利用基于REQUEST的双矢量定姿方法,实现初始常值姿态矩阵C_(b)^(n)(0)的求取,完成行进间的姿态粗对准和定位导航。在实验室无人车实验中,所提方法的对准姿态误差比里程计辅助的方法减小了约56%;同时与合作单位的综合实验验证结果表明,在进行250 s的行进间粗对准时,最终时刻的航向角误差为-0.0088°,实现5 min内达到1 mil的粗对准精度,所提算法可以有效实现激光SLAM信息辅助下的陆用惯导的行进间粗对准,并具有较快的收敛速度。

基于结构设计的陀螺加速度计温度系数补偿方法

针对液浮陀螺加速度计内部温度变化对仪表性能影响明显的问题,通过降低仪表一次项温度系数来减小仪表误差。首先分析液浮陀螺加速度计一次项温度系数的作用机理和计算方法,提出了一种基于结构设计的温度系数补偿方法:在浮子结构上去除一定量的体积,调整浮子的质心和浮心到中心的距离,使得浮油产生的浮力随温度变化,补偿仪表摆性温度变化率和角动量温度变化率的不匹配量。其次对某型陀螺加速度计浮子结构进行补偿设计,并对补偿前与补偿后的温度系数进行实验验证,温度系数由补偿前的-1.04×10^(-5)/℃降低至补偿后的9.39×10^(-7)/℃。实验结果表明,在同等温控精度条件下,采用结构设计补偿温度系数的方法可将温度系数降低一个数量级,这对液浮陀螺加速度计的精度提升具有一定的工程应用价值。

泛克里金插值法在地磁图中的应用

克里金插值法是一种无偏、最优的插值方法,但普通克里金插值法要求区域化变量满足二阶平稳假设或是固有假设,但实际应用中这一假设往往无法满足,即存在漂移现象,由于地磁场数据存在有区域异常问题,因此是非平稳的,从而限制了克里金插值方法的应用。通过分析,泛克里金插值法可较好地估计和拟合地磁区域异常,因此可较好地解决地磁数据的插值问题。对地磁数据进行了泛克里金变异函数选取,并完成了地磁区域异常的二次多项式拟合。将克里金插值法和泛克里金插值法应用于地磁图插值处理,并利用交叉证实法验证,结果表明泛克里金法比普通克里金法具有更好的插值效果,得到的地磁图精度有提高。泛克里金插值法避开了克里金插值法的二阶平稳假设,使插值得到的地磁图更加符合地磁场特征。

大方位失准角下舰载机快速传递对准技术

为解决舰载主惯导与机载子惯导之间大失准角问题,同时满足对准快速性的需求,提出了从舰载机进入弹射位置开始,到舰载机飞离甲板时间内,基于虚拟惯导(VINS),综合利用舰载主惯导信息、跑道航向信息以及激光多普勒测速仪(LDV)信息,利用速度匹配方法实现舰/机惯导传递对准的方法,并建立了传递对准误差模型。该模型利用舰艇坐标系与跑道坐标系之间的方向余弦矩阵,将舰载坐标系与机载坐标系之间的大失准角问题,转化为机载坐标系与跑道坐标系之间的小方位失准角问题。考虑弹射过程舰艇及舰载机的运动模型,利用数学仿真对传递对准误差模型进行了验证,并与UKF滤波方法进行了对比。仿真结果表明,该方法可以在8 s内实现舰/机惯导的传递对准,对准性能与UKF滤波方法相当,且对准过程不需要舰艇进行任何机动运动。

重力梯度仪加速度计控制回路分析与设计

加速度计是旋转加速度计重力梯度仪的核心元件,梯度信号测量要求其加速度计具有高分辨率和低的噪声水平,这就需要对现有石英加速度计进行改进,通过表头抽真空,提高控制回路增益来抑制噪声,提高分辨率。抽真空后表头近似为无阻尼状态,其控制回路中需增加阻尼补偿的环节,避免系统在工作频段附近出现振荡;并且,对控制回路中的校正环节也进行了重新设计,加入积分环节,使系统对位置信号的稳态误差为零,大幅度提高工作频段的系统开环增益,从而有效地提高了系统的动态测量精度。

一种雷达和电子海图图像叠加方法

雷达和电子海图是船舶重要助航设备,为了提高船舶的安全航行能力,提出了一种雷达和电子海图图像叠加的方法。以本船位置为参考点,正北向为参考线,将采集到的雷达图像进行仿射变换;根据雷达的扫描范围,通过墨卡托投影变换获取电子海图的显示范围,并对电子海图的比例尺进行调整,实现雷达图像和电子海图的匹配。以电子海图为底图,将雷达图像和电子海图在像素级上进行叠加。仿真结果表明,雷达和电子海图图像叠加是辅助船舶安全航行的有效方法,电子海图的海岸轮廓和雷达扫描到的图像能够较好的匹配融合,可以在电子海图底图上实时显示雷达捕获到的目标,提高对船舶周围环境的监控能力。

地磁辅助惯性导航系统的数据融合算法

对地磁辅助导航技术的基本原理进行分析,详细介绍了采样卡尔曼滤波算法并将其用于惯性/地磁导航系统的数据融合,即通过设计少量的sigma点,并计算这些sigma点通过非线性函数的变换,从而获得滤波值基于非线性状态方程的更新。仿真表明,特别是当系统非线性较大时,采样卡尔曼器性能明显优于扩展卡尔曼滤波器。因此,从某种程度上说,采样卡尔曼滤波可以替代扩展卡尔曼滤波在地磁辅助导航系统中使用。

陀螺仪安装误差的测量方法研究

介绍了一种用于测量平台式惯性导航系统陀螺安装误差的陀螺轴扰动技术 .该技术无需增加惯导系统的硬件设施 ,通过对平台框架施加特定的控制力矩 ,使其按照要求的规律运动 ,然后采集有关的数据并通过适当的算法即可得到陀螺的安装误差角 .理论分析和仿真结果表明 。

基于电子海图显示信息系统的惯性/地磁组合导航

为实现惯导系统长时间高精度导航,以性能优良的电子海图显示信息系统为开发背景,对地磁匹配辅助惯性导航系统进行了设计和仿真实验。在原有电子海图显示信息系统的基础上开发了数据采集模块、地磁数据库模块、惯导/地磁匹配模块、惯导误差估计模块等功能软件,并对各功能模块进行了深入分析。仿真试验结果证明,基于电子海图显示信息系统的惯性/地磁组合导航达到了校正惯性导航系统,实现高精度导航的目的。

弹载SINS/CNS组合导航系统在线标定方法

提出一种弹载SINS/CNS组合导航系统在线标定方法。该方法将星敏感器安装偏角误差、陀螺漂移及加速度计零偏误差扩维为状态量,利用星敏感器与惯导系统姿态角之间的关系建立观测方程,采用卡尔曼滤波对安装误差及惯性器件误差进行估计和补偿。设计趋于一般运动状态的路径对上述方法进行仿真验证。仿真结果表明,该方法可以实现对星敏感器安装误差及惯性器件误差的估计,其中安装误差估计精度优于0.1',陀螺漂移估计精度优于0.01°/h,加速度计零偏估计精度优于20μg。

姿态匹配法测量船体变形角中时间延迟的补偿

提出了一种时间延迟的估计方法来解决用姿态匹配法测量船体变形角时惯性测量单元(IMU)数据之间存在的时间延迟对测量精度的影响。首先,对光学测量得到的船体变形数据进行处理,确定船体变形过程的数学模型。然后,通过高精度的主惯导和子惯导输出的局部姿态信息进行惯性量匹配,并构建卡尔曼滤波器估计船体变形角。最后,在卡尔曼滤波器中加入时间延迟估计参数,对时间延迟进行估计和补偿。设计了一套惯导数据同步录取装置,验证了算法的有效性。实验结果表明:同步录取装置与时间延迟算法补偿所测得的船体变形角与光学测量得到的数据相近,均能达到纵挠角误差13″,横扭角误差12″,艏挠角误差5″的精度水平。得到的结果显示卡尔曼滤波能有效估计出时间延迟,从而有效补偿时间延迟的影响,提高变形角测量精度。

静电陀螺监控器中静电陀螺仪的漂移误差模型

本文推导了静电陀螺仪转子动量矩的运动方程,根据此方程并应用向量场理论,将造成静电陀螺漂移的外部干扰力矩划分为守恒力矩和非守恒力矩两部分。按照进动规律,最终得到静电陀螺监控器中陀螺仪漂移误差模型的全量形式。

基于数据融合的全舰统一姿态基准测量系统

为测量大型舰船甲板的变形,对甲板变形引起的局部姿态误差进行补偿,设计了基于多IMU数据融合的全舰统一姿态基准测量系统.提出了甲板变形测量方法,建立了IMU布局优化数学模型,并运用遗传算法对IMU的布局进行了优化求解.仿真结果表明,建立全舰统一姿态基准测量系统是测量舰船甲板变形的有效办法,利用布局优化后IMU的输出信息进行全舰甲板变形估计,估计精度优于2.3 arcmin,并能减少舰载武器系统所需IMU的数量.

用数据融合理论减少壳体旋转低速误差的技术研究

在静电陀螺壳体旋转的数字方案中,采用数据融合技术处理光电编码器的两相输出,从而减少增量式光电编码器在低速或者变向时受到的抖动干扰的影响和闭环反馈的测量误差。

弹射中舰载机快速传递对准技术

舰载机弹射过程中的高加速度有利于提高舰/机惯导的传递对准速度,但高速运动带来的误差也会影响传递对准的性能。本文对舰载机的弹射流程、拖拽方式、弹射时间、弹射过程中线运动及角运动规律等进行分析,从舰载机弹射时间、舰机相对运动规律,及基准信息来源等对传递对准匹配方法的约束,基准信息精度与品质、动态杆臂误差,及大失准角误差等方面对传递对准性能的影响等,论证实现舰/机惯导传递对准的可行性,提出相应的传递对准方案,并提出各种干扰误差的相应补偿方法。研究表明,舰/机惯导弹射中,基于速度匹配的传递对准方法,可以实现舰载机紧急起飞情况下的快速初始对准。

静电陀螺数字式小角度读出系统研究

本文探讨了一种用于静电陀螺的小角度光电信号读出的全数字方案,通过对比、分析和讨论,说明数字化静电陀螺小角度读出方案的优越性,并提出了针对静电陀螺光电读出系统随机误差的修正算法。

序言

随着量子光学、原子物理学等领域的飞速发展,惯性测量已经迈入量子时代,量子惯性测量已成为惯性测量技术的重要发展方向,在当今受到越来越广泛的关注。“惯性测量与量子技术”专栏,致力于探索利用量子效应进行惯性测量的物理机理,发掘超高灵敏量子惯性测量的方法,以促进量子惯性测量技术的发展。

旋转式光学陀螺捷联惯导系统的旋转方案设计

在光学陀螺捷联式惯性系统中,利用系统旋转补偿技术可对陀螺组件和加速度计组件的输出误差进行调制,从而抑制系统的误差发散,提高导航精度。通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程,解释了旋转误差补偿的机理。针对惯性测量组件输出误差的特性,设计单轴正反转停和双轴转位的系统旋转方案。在摇摆状态下分别对无旋转、单轴和双轴三种方案进行长时间导航仿真,对旋转补偿误差的能力进行了比较。结果表明:旋转能够抑制长期的定位误差发散,在角运动状态下旋转系统能比无旋转系统保持更好的姿态精度。

基于调频高斯小波变换的导航传感器故障诊断

为提高多传感器组合导航系统对各导航传感器的在线故障检测能力 ,在分析调频高斯小波特性的基础上 ,提出了一种基于调频高斯小波变换的导航传感器故障诊断算法 .该算法仅利用传感器的观测量来直接诊断传感器工作是否正常 .它可以对方差突变等软故障进行有效的在线检测 .

一种关于地磁图适配性分析的综合评价方法(英文)

针对单一指标评价地磁图适配性不全面的缺陷,提出了一种基于多指标融合的综合评价方法。该方法综合考虑标准差、粗糙度、相关系数、熵、累积梯度5个指标。针对传统的模糊评判方法确定指标权重客观性差问题,采用熵技术修正各指标权重,求解出地磁图的综合评价值。利用传统的MSD和MAD匹配算法进行仿真实验,结果表明:该方法得到的评价值能够全面、合理地评价地磁图的适配性,综合评价值越大,匹配概率越高,显示了二者之间良好的一致性。