一种基于舰艇综导信息的快速传递对准方法

当降级采用综导信息进行传递对准时,由于舰艇综导信息与舰载装备距离较远,舰船的挠曲变形、信息时延与不同步对主、子惯导之间的传递对准精度有较大的影响。借鉴大型舰船变形模型,将舰船挠曲变形、量测时延等相关变量列入状态方程,能够显著降低挠曲变形、时延对传递对准精度的影响;并针对不同步量测信息设计序贯卡尔曼滤波器,完成对子惯导姿态的估计。仿真结果表明,该方法满足舰载制导武器传递对准的高精度和快速性要求,具有工程应用价值。

一种高精度动基座传递对准方法

在动基座传递对准过程中,主、子惯导间的挠曲变形是影响子惯导对准精度的主要误差因素。传统的传递对准方法通常将挠曲变形等效为经验的马尔可夫模型,当实际的挠曲变形与经验模型的匹配度较低时,便会导致传递对准精度下降。为此,提出了一种不依赖于挠曲变形经验模型的高精度传递对准方法。首先,推导并建立了挠曲变形与主/子惯导陀螺仪测量的角速度之间的内在关系,利用主/子惯导陀螺仪测量得到的角速度信息,直接计算得到挠曲变形的粗略值;其次,推导了挠曲变形的计算误差与陀螺仪误差之间的耦合关系,建立了一种不依赖于挠曲变形经验模型的新型传递对准系统模型;进而,利用最优估计算法对挠曲变形的计算误差进行精确估计与补偿。仿真验证表明,所提方法能够精确补偿复杂的挠曲变形,从而实现高精度的动基座传递对准。

多目标攻击导弹捷联惯导的传递对准

在分析中距复合制导空空导弹捷联惯导传递对准的基础上,提出由机载火控系统根据导弹发射包线计算发出开始捷联惯导传递对准精对准的时刻,导弹惯导提前进行传递精对准的方法。利用此方法可以解决机载武器系统多目标攻击空空导弹传递对准满足连续发射多枚导弹实时性要求的问题。最后,在单目标情况下就开始传递对准时刻包线给出了算例。

一种大安装偏差快速传递对准中的闭环卡尔曼滤波算法

在大安装偏差快速传递对准中,模型线性化误差会导致卡尔曼滤波器(KF)估计有偏。针对该问题,提出了一种基于闭环卡尔曼滤波器(CLKF)的传递对准方法。基于安装关系估计值与主惯导姿态建立子惯导粗基准,使子惯导载体系失准角为小角度,从而降低了线性化误差对KF估计精度的影响。进一步采用状态反馈机制修正子惯导状态与安装关系估计值,使子惯导基准载体系和计算载体系逐渐逼近标称载体系,以保证系统在整个传递对准过程中始终处于良好的线性状态。仿真结果表明,CLKF估计精度不随系统非线性增强而下降,与无迹卡尔曼滤波器(UKF)相当且优于KF;CLKF计算量仅为UKF的3%,与KF相当,显著提高了线性滤波器的估计精度,同时有效避免了采用非线性滤波器而引起计算量较大的问题。

一种快速传递对准方法的误差模型研究

传递对准是机载、舰载武器惯导系统初始对准的首选方案,初始对准的速度和精度直接影响着武器系统的快速反应能力和精确打击能力,提高初始对准的速度和精度一直是该领域研究的主要目标,美国学者Kain首次提出了先进的"速度+姿态"匹配快速传递对准方法,能在10s内达到1mrad的对准精度,很快得到了广泛的关注。利用四元数这一有力的数学工具,从惯性导航系统工作原理出发,重新诠释证明了该先进的快速传递对准误差模型,最后通过仿真对该方法进行了分析,为该模型的深入理解和工程应用提供了有价值的理论参考。

传递对准姿态匹配算法的统一性

推导了传递对准中使用的传统姿态匹配算法和现代姿态匹配算法,证明了这两类姿态匹配算法是统一的。首先介绍了传统姿态匹配算法,包括"姿态角匹配法"和"姿态矩阵匹配法"。然后论述了现代姿态匹配算法,包括"量测失准角匹配法"和"最优姿态匹配法"。"量测失准角匹配法"是一种通过引入量测失准角进行传递对准姿态匹配的算法;"最优姿态匹配法"是对"量测失准角匹配法"的改进和完善。最后,从理论上证明了"姿态角匹配法"和"量测失准角匹配法"是等价的,进而,说明了传统姿态匹配算法和现代姿态匹配算法的统一性。

舰载角速度匹配传递对准方法研究

为了提高舰载局部捷联惯导系统的导航精度,希望能够在传递对准过程中,对船体甲板变形进行估计,对惯性器件的某些误差进行标定,并进行补偿。作为参数匹配传递对准方法之一的角速度匹配法为此提供了可能。文中对角速度匹配法中的三种不同海况下的系统状态可观测性进行了详细的分析,并对船体甲板变形和陀螺漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析。研究结果表明,这一方法具有较好的对准精度和快速性,但具体情况随船体的运动情况而不同。

基于SVD方法的INS传递对准的可观测性能分析

在惯导系统一般的误差动态方程和速度观测方程的基础上,建立了姿态传递对准所必需的弹、舰相对姿态误差方程和观测方程。介绍了基于动态系统可观测性矩阵奇异值分解的状态变量可观测度的分析方法。用奇异值分解的方法,对同时采用速度和姿态传递的INS对准模型,分析了系统变量的可观测性和可观测度,为对准方程的可观测性结构分解和误差估计性能的改善提供了必要的基础。

快速传递对准中机翼弹性变形估计方法比较

传递对准是机载主惯导对子惯导进行初始化的过程,机翼变形对快速传递对准滤波精度有显著影响。讨论了传递对准中机翼变形的不同估计方法,通过分析建模过程比较了各种方法的特点及其适用范围。然后建立快速传递对准仿真环境,用"速度加姿态"匹配方式进行仿真,比较了不同方法所能达到的精度。最终从对准精度、快速性、模型依赖度、计算量等方面,对各种传递对准中机翼弹性变形的处理方法进行了比较总结,结果表明,将弹性变形当作有色噪声且使用卡尔曼滤波量测扩增法进行传递对准滤波器设计时,在估计精度和计算量方面达到最好折衷。所得结论为快速传递对准弹性变形的处理提供了工程应用参考。

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。

传递对准中杆臂效应的误差分析与补偿

杆臂效应误差是影响速度匹配传递对准的重要因素之一,因此必须对其进行补偿。由于常用的数字滤波补偿方法的补偿效果不太理想,针对大方位失准角条件下的非线性系统提出了一种直接计算的补偿方法。由于计算补偿方法的前提是杆臂长度已知,当杆臂长度未知时,提出了先利用无迹卡尔曼滤波扩维方法对杆臂长度进行估计,再采用计算补偿对杆臂速度项进行补偿的算法。为了验证本算法的有效性,进行了仿真和实验验证。采用该算法后,仿真条件下方位失准角可以在120 s内收敛至0.381°;实验条件下方位失准角可以在0.8 h内收敛至-0.031°。仿真和实验结果均表明与数字滤波补偿方法相比,采用该算法后初始对准的速度和精度都有很大程度的提高。

机载武器极区传递对准算法

针对高纬度地区经线收敛导致以真北向作为航向参考的导航算法失效的问题,并结合战机在极区内具备正常导航和作战能力的需求,提出了基于格网导航力学编排的极区传递对准算法。首先以格林威治子午线作为航向参考,在此基础上定义了格网导航坐标系同时给出了格网导航力学编排及其误差方程,解决了极区内相对经线定向定位困难的问题。其次在格网导航坐标系下设计了主子惯导信息的"速度+姿态"匹配传递对准算法,估计和校正弹载子惯导的误差。仿真结果表明,该算法可避免载机进行费时的方位机动,仅需一次简单的摇翼机动就可令弹载惯导5 s内方位对准精度达到5',为战机在极区内仍具有导弹攻击能力提供了工程应用参考。

平台式/捷联式惯导传递对准仿真平台的实现

讨论了一种在Matlab中建立快速传递对准数学模型,并在VC++下运用MATCOM实现传递对准仿真平台的方法。传递对准采用“速度/角速度匹配”方案,仿真结果证明,该方案的对准精度优于国内传递对准的仿真精度要求,具有实际参考价值。传递对准仿真平台能够设置主、子惯导的各项仿真参数,适应不同精度的惯导系统的仿真要求,并能够规划多种航迹,用于传递对准方案的精度评估,为实际飞行中的动基座快速对准提供参考,并大大降低了传递对准仿真的工作量。

机动对速度匹配法传递对准效果的影响

传递对准过程中,机动运动有利于改善对准效果,不同的机动运动方式对特定匹配模式下的对准效果改善程度不同。通过建立速度匹配法传递对准卡尔曼滤波器模型,对几种典型机动方式下的模型分别进行深入仿真研究,详细比较不同机动方式对捷联惯导系统对准效果的影响。仿真结果表明,采用速度匹配传递对准方式,载体单独做摇摆加线运动姿态误差角估计精度能达到1',陀螺常值漂移的估计精度能达到90%,加速度计常值零偏无法估计。载体做"S"形机动运动姿态误差角估计精度优于0.5',陀螺常值漂移的估计精度能达到95%以上,加速度计常值零偏估计精度能达到99%。

捷联惯性导航系统传递对准的杆臂效应分析

在传递对准过程中,需将载体上的主惯性导航系统(简称:主IN S)高精度的导航信息传递给武器惯性导航系统(简称:从IN S)。由于主、从IN S在载体上的安装位置不同,而用杆臂矢量描述两套系统的相对位置;当两套系统在空间上分隔较远也就是杆臂矢量幅值较大、且载体有较大幅度的运动时,在传递对准过程中,需要对杆臂效应造成的误差进行补偿。对传递对准过程中,不同形式的杆臂效应引起的各种误差进行了讨论。

舰载平台式惯导系统的传递对准

舰载子惯导系统在海上应急启动时需要利用主惯导的信息进行传递对准,以达到快速、高精度启动的目的。同时必须对惯性器件的某些误差进行标定和补偿,以满足舰载惯导系统需要长时间高精度导航的要求。文中对平台式惯导系统采用速度加姿态匹配传递对准方法进行了研究,建立了基于Kalman滤波器的传递对准滤波方程,并在实际系统中对所设计的方案进行了静态和跑车试验,验证了方案的正确性和工程应用的可行性。

基于四元数非线性误差模型的快速传递对准(英文)

基于小角度假设的常规线性误差模型不能适用于大失准角时的初始对准,针对这一问题研究了一种没有小失准角假设,以速度误差和姿态四元数误差作为量测的非线性快速传递对准误差模型,并证明当误差变为小角度时,该非线性误差模型可以简化为常规线性误差模型。使用 Unscented 卡尔曼滤波代替通常采用的扩展卡尔曼滤波来处理非线性数据融合问题。为了评估和分析该非线性误差模型,设计了一个传递对准仿真系统,仿真结果表明,当初始失准角为小角度时,该新模型和线性模型有着相当的对准性能,但是当初始失准角为大角度时,本文提出的非线性误差模型仍然能够精确完成对准过程,而基于线性误差模型的对准滤波器却发散了。

双主惯导对子惯导的高精度传递对准方法

激光陀螺惯性导航系统在旋转调制过程中会产生锯齿形速度误差,影响舰载武器系统子惯导传递对准精度。通过分析锯齿形误差产生的机理,提出了一种基于不同旋转控制策略的双惯导数据融合方法,估计并补偿主惯导惯性元件误差,从而减小主惯导锯齿形速度误差波动幅度。仿真结果表明,补偿后主惯导速度锯齿形速度误差峰峰值减小了一个数量级,子惯导传递对准后的水平角精度提高了1.5″,方位角精度提高了3′。

大陀螺零偏条件下的快速传递对准算法

针对某些某些微机械陀螺零偏重复性差的特点,提出了滤波反馈修正和陀螺零偏粗对准预处理两种方法,使"速度+姿态"快速传递对准算法在大陀螺零偏条件下能够不损失估计精度。在简要介绍"速度+姿态"快速传递对准算法数学模型的基础上,探讨了大陀螺零偏导致的惯导系统非线性误差。为减小上述非线性误差的影响,提出用每一步滤波估计值修正子惯导状态的反馈修正方法,和在进行卡尔曼滤波前直接测量比较主、子惯导陀螺输出的陀螺零偏粗对准预处理方法。仿真结果表明,采用上述两种方法,快速传递对准算法可在陀螺零偏过大的情况下保持算法的有效性和估计精度。

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主惯导(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可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。