基于协方差变换的INS/DVL全球组合导航算法

横坐标系下设计的惯性/多普勒测速仪(INS/DVL)组合导航滤波器可以满足无人潜航器(AUV)极区导航的需要,但在AUV进入、离开极区时导航坐标系的切换会引起滤波器结构变化,使系统的误差状态参数估计值产生震荡,影响导航精度。针对此问题,提出了基于协方差变换的INS/DVL全球组合导航算法,设计了横地理坐标系下的INS/DVL组合导航滤波器,并推导建立了地理坐标系与横地理坐标系下滤波器系统误差状态及其协方差矩阵的转换关系。AUV进入、离开极区过程中,导航坐标系切换时同时完成导航参数、滤波器参数的转换。通过船载实验与半实物仿真实验对所提算法的有效性进行了验证,结果表明:在导航坐标系切换过程中,协方差变换算法能够有效改善滤波器估计值不稳定问题,相比于无协方差变换,导航参数震荡误差减小50%以上,提高了组合导航系统稳定性。

基于双惯导系统协同的全参数在线标定算法

针对外场环境下没有准确外界参考信息时惯导系统的标定问题,提出了一种基于双惯导系统协同的全参数在线标定算法,其中惯导1为正常工作的双轴旋转惯导系统,惯导2为待标定的具备双轴转位机构的惯导系统。不依靠外界基准信息,在保证惯导1独立工作的前提下,以两套惯导间的相对速度、相对位置作为状态约束观测,利用卡尔曼滤波对惯导2的全误差参数进行标定。通过蒙特卡洛仿真、实物实验和不同时段的协同标定实验对算法的有效性进行了验证,结果表明:在船载冗余惯导系统协同标定的条件下,所提算法对惯导2陀螺标度因数的标定精度优于0.2 ppm(1σ),加速度计标度因数的标定精度优于0.6 ppm(1σ),安装误差的标定精度优于1.5"(1σ);惯导2的标定精度不受惯导1绝对误差的影响,在运动状态下也能进行自主标定。