SINS基于非线性量测的大失准角初始对准算法

针对陆用捷联惯导系统(SINS)大失准角初始对准问题,提出一种基于二阶非线性量测的二阶泰勒级数展开的初始对准算法。首先,将大失准角非线性对准问题,转化为具有线性系统方程和二阶非线性量测方程的滤波问题。然后,设计基于二阶非线性量测方程的二阶泰勒级数展开的滤波算法,可以在任意姿态和无初值条件下进行初始对准和参数估计。最后进行车载对准试验,结果表明,新算法可以在300 s内完成实现大失准角初始对准,对准精度与传统分段对准算法相当。

制导炮弹捷联惯导基于GPS的飞行中对准算法(英文)

提出了一种适用于制导炮弹上低精度MEMS IMU/GPS组合系统的飞行中初始对准算法。通过引入辅助的载体惯性系和导航惯性系,将所求姿态四元数分解为三部分:第一部分描述载体系相对于载体惯性系的姿态,由MEMS陀螺仪输出积分求解;第二部分描述导航系相对于导航惯性系的姿态,利用GPS位置输出解析求解;第三部分描述两辅助惯性系的相对姿态,采用Re-quest算法完成解算。详细讨论了算法误差、有效性条件,并对Re-quest算法进行了优化和简化。蒙特卡洛仿真结果表明,在弹体加速度以指数规律变化条件下,对准算法可以在10 s时间内达到水平误差小于0.2°(1?)、航向误差小于0.4°(1σ)的精度,完全满足制导炮弹组合系统初始对准的精度要求。

基于Rodrigues参数和量测非线性的SINS/GPS动基座对准

对GPS辅助下,捷联惯导系统动基座对准问题进行了研究。利用姿态阵分解,将动态对准问题转换为一个常值姿态的估计,采用Rodrigues参数进行姿态描述,建立了系统方程线性,量测方程具有二阶非线性的对准模型,进而推导了基于二阶非线性量测完整泰勒级数展开的滤波算法。同时,对Rodrigues参数描述姿态时的奇异点问题进行了详细地讨论,设计了能自动判别并规避奇异点的滤波对准方案。以车辆典型机动轨迹为对象进行了蒙特卡洛仿真,结果表明,所设计算法能够在5 s内实现奇异点的判别及处理,且当GPS速度误差为0.1 m/s,位置误差为3 m,更新率为1 s时,惯性级捷联惯导系统在120 s时间内,可以达到水平姿态误差角均方根小于10″,方位误差角均方根小于4′的对准精度。

弹载SINS四元数模约束下滤波空中对准

针对弹载SINS/GPS系统的空中对准,提出一种四元数模约束条件下的非线性滤波初始对准算法。首先,利用坐标变换和四元数姿态描述,将传统的强非线性滤波对准问题转化为一个二阶弱非线性滤波问题;其次,采用二阶扩展卡尔曼滤波(EKF)对二阶非线性部分进行处理,得到一种简洁的滤波对准方案;最后,推导了四元数模约束条件下滤波算法的最优实现,及反馈四元数估计结果时的闭环滤波形式。利用车载MEMS IMU/GPS系统,进行了初始对准的地面试验,结果表明,在车辆弱机动条件下,对准算法能够实现姿态和惯性器件误差的快速估计,实现惯导系统的对准。

全导式多弹头分导子系统初始对准算法研究

提出了一种适用于全导式多弹头分导系统的初始对准算法。以MEMS IMU/GPS组合作为子弹头制导系统,对准算法分3部分,由陀螺仪积分描述弹体系在惯性空间姿态变化;由GPS位置信息描述导航系在惯性空间姿态变化;采用2级减速方案及Quest算法确定载体系及导航系在对准开始时刻的相对姿态。分析了器件误差、弹体俯仰角初值、弹体机动方式及强度对对准结果的影响。Monte Carlo仿真表明,采用10°/h陀螺和0.1 m/s GPS组合时,在弹头2级减速机动下,20 s内水平误差小于0.12°(1σ),方位误差小于0.4°(1σ),完全满足分导系统初始对准精度要求,为工程应用提供了有益参考。

基于罗德里格参数的线性最优估计自对准

针对车载捷联惯导系统怠速条件下的初始对准问题,提出了一种基于罗德里格参数的线性最优估计自对准算法。利用姿态阵分解和凯莱变换,将任意姿态下的无初值初始对准问题简化为罗德里格参数的无约束线性最优估计问题。讨论了算法的有效性,推导了算法的对准误差公式,并设计了一种简洁的工程实现方案。利用车载捷联惯导系统进行了四位置对准试验,每个位置对准六次,结果表明,在发动机振动及外界随机扰动下,新算法可以在5 min内完成对准,统计方位均方差(1σ)不超过3′。

一种基于惯性/高度计/视觉融合的地理信息修正算法

针对无人机视觉景象匹配导航中感知图像地理信息修正精度与实时性相互制约的问题,提出了一种基于惯性/高度计/视觉融合的地理信息修正算法。首先基于惯性导航解算的姿态与相机内参完成透视变换矩阵的计算,并通过线性插值完成实时图像的姿态修正,同时在该过程中引入透视变换矩阵因子降低传感器标定误差对修正精度的影响。进一步利用相对高度数据与相机内参完成空间分辨率计算及尺度修正。最终使其与基准图的坐标系、空间分辨率相同。为验证所设计算法的效果,设计了惯性/高度计/视觉组合装置并进行了飞行实验。实验结果表明地理信息修正平均误差为0.84像素,时间耗费为0.043 s。与传统利用图像匹配进行修正的算法相比,所提算法平均误差减小了80%,耗费时间缩短了90%以上,在精度与实时性上均有大幅提升。

基于MEMS惯性技术的鞋式个人导航系统

研究了低精度鞋式个人惯性导航系统的导航修正算法。该系统由低精度MEMS惯性IMU单元组成,固联在步行者的鞋上。导航算法在传统捷联惯性导航算法基础上,引入了零速修正技术,根据人行走时脚部运动的加速度统计特性,设计了一种比力模值+滑动方差检测算法,用以检测行走过程中的静止时间段。然后通过设计的改良卡尔曼滤波器在静止时间段内滤波估计导航姿态、速度和位置的计算误差,通过反馈校正可以提高原系统的导航精度。最后通过两组MEMS实物实验验证了导航修正算法的有效性和可行性,并指出了进一步的研究方向。

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。

捷联惯性系粗对准误差及数值问题分析

针对捷联惯导系统惯性系粗对准算法的对准误差进行了详细地分析。首先,依据惯性器件输出模型和粗对准算法模型,经过严格数学推导,得到了对准误差的解析表达式。其次,从求解矩阵方程的角度考察粗对准过程,得出对准过程等效于病态方程组的求解问题。理论分析表明,一方面惯性系粗对准算法的理论对准精度取决于惯性器件的精度,另一方面,对准误差上限取决于具体的算法和量测相对误差。在此基础上,进行了简单而有效的计算机仿真,结果与理论分析及工程经验吻合。

组合导航自适应卡尔曼滤波改进算法研究

针对常规卡尔曼滤波由于噪声的统计特性与实际情况不相符而引起滤波误差增大的问题,提出了一种新的在线估计系统噪声和量测噪声的自适应滤波算法。新算法通过新息序列自适应量测噪声,对Sage-Husa滤波算法进行改进以估计系统噪声,该算法在噪声统计特性未知的情况下能进行滤波计算。最后对改进的新算法与常规卡尔曼滤波算法作了对比试验分析,结果表明了改进算法的有效性。

锥运动条件下新的速度误差补偿项研究

经典的捷联惯导积分算法往往需要在姿态更新过程中对圆锥误差项进行精确补偿。虽然考虑了载体姿态变化的影响,但速度更新算法通常忽略了圆锥效应的作用。就圆锥误差项引起的速度误差进行了研究。指出其与陀螺角增量对速度更新的影响方式相同。在假设的线性斜坡模型条件下,利用两个连续的角增量和比力增量,详细推导了新的速度误差项的二子样更新补偿算法。在一种特殊的机动条件下,即当载体绕横轴作圆锥角振动的同时又沿立轴作同频同相的线振动,推导的二子样优化算法能够使该误差补偿项的平均性能最优。仿真结果证明该优化算法能够对新的速度误差积分项进行有效的补偿。

空中对准方案的误差分配分析方法(英文)

舰载机进行紧急作战任务时,可能会先快速起飞,然后再进行空中对准。为了保证对准结束进入惯性导航模式后,惯导系统能够达到一定精度指标,对准结束时刻的姿态信息需要达到一定的精度要求。空中对准过程一般可分为粗对准和精对准两部分,对准结束时刻的姿态精度由粗对准结束时刻的导航误差、惯性器件误差、重力场模型误差和对准过程中的飞行机动等多个因素决定。首先利用设计的协方差分析方法,对两种不同空中对准方案进行误差分配,并通过Monte-Carlo仿真技术对误差分配结果进行了验证。仿真结果说明了提出的误差分析方法是正确的,为空中对准方案的改进方向提供了借鉴作用。

基于MEMS惯性器件的水平姿态解算方案设计

针对MEMS惯性测量单元,通过分析方向余弦矩阵的特性,设计了基于非线性状态观测器的水平姿态解算方案,并证明了该算法的稳定性。在此基础上,提出了一种基于Kalman滤波算法的解决方案:利用陀螺仪输出构造系统方程,利用匀速条件下的加计输出构造量测量,并通过双重模值判别机制自动判别量测信息的有效性,最终实现了MEMS姿态信息的融合解算。静态实验和角运动、线运动干扰实验表明:该算法可以得到稳定有效的水平姿态,误差<1°。

EKF和SUKF在大摇摆基座初始对准中的应用

通过在SINS解算过程中加入速度和位置阻尼信息,推导了惯导系统在大失准角情况下的简化非线性误差模型,研究了非线性SUKF和EKF滤波器在大幅度摇摆基座初始对准中的适用性,有效解决了传统解析式粗对准算法不能应用于大幅摇摆基座自主初始对准的问题。两种非线性滤波器在系统粗略装订初始姿态的情况下,可以不经过粗对准过程直接实现系统的精确对准。最后以舰船系泊条件下的大幅摇摆基座为仿真环境,仿真验证了两种非线性滤波对准算法的有效性,并比较了两种算法的对准精度。结果表明两种非线性滤波器的对准精度相当,从计算复杂度的角度考虑,EKF算法有更强的实用性。

基于景象匹配的低精度MEMS航向修正与组合算法

针对巡飞弹弹载微机电系统(MEMS)在长航时过程中航向易发散的问题,提出了一种基于景象匹配的低精度MEMS航向修正与组合算法。首先,基于匹配点几何关系与匹配重投影设计了两种航向误差模型,前者分别根据实时图与基准图匹配点连线与图像纵轴计算反正切值,作差后计算出航向修正值;后者利用实时图与基准图的匹配关系构建重投影误差,通过优化计算出航向最优值。然后,基于上述两种模型,根据匹配点数量设计了一种航向修正与组合算法。飞行实验结果表明,长航时过程中修正后的航向误差为0.7423°(RMSE),更新频率优于1 Hz。与传统仅能定位的景象匹配算法相比,所提算法提供了一种航向修正方法,且对传感器精度依赖性较低,具备一定的通用性。

农村宅基地管理之我见

泰县下辖12个乡镇，共有83个行政村，农户52870户，农村居民点用地为15197公顷，占全县城镇村及工矿用地面积83．5％。全县农户宅基地户均占地约900平方米，按《黑龙江省土地管理条例》的规定，平均每户超占550平方米。

国土资源信息的整合与共享

一、国土资源信息整合、共享的目标国土资源信息整合、共享的目标是通过搭建公益性、基础性、战略性的基础条件资源服务平台。可以有效改善科技创新环境，增强持续发展能力，为科技长远发展与重点突破提供强有力的支撑。它的是要强化科技创新的公益服务供给、优化创新资源品质、降低企业和个人创新创业成本，是科技创新创业不可或缺的基础条件，属于全社会通用和共享的公共产品范畴。

基于多项式拟合的抗扰动纬度估计和粗对准方法

针对纬度未知条件下捷联惯导系统(SINS)扰动基座下初始对准问题,提出了基于惯性系比力积分及多项式拟合的纬度估计与粗对准算法。首先,基于惯性系和姿态阵链式分解,隔离角晃动;其次,通过比力积分,平滑高频线运动干扰和加速度计噪声;最后,对比力积分进行以时间为自变量的三次多项式拟合,进一步抑制线运动干扰,同时根据拟合参数实现纬度估计和粗对准。转台摇摆对准实验结果表明,高精度光纤捷联惯导系统采用该算法可以在1 min内实现纬度估计和粗对准,纬度估计精度优于0.2°(RMS),以静基座对准后姿态保持结果作为摇摆状态姿态参考时,水平姿态角相对偏差小于0.001°(RMS),航向角相对偏差不大于0.07°(RMS),可满足粗对准工程应用的快速性和精度要求。

战术级捷联惯导方位装订的半自主对准

针对战术级捷联惯导系统的初始对准,提出一种姿态自对准、方位外部装订的半自对准方案。首先,对更新周期内的加速度计输出进行积分,完成水平姿态计算。在水平对准结束时,引入外部基准航向,得到姿态四元数,完成对准过程。此外在陀螺仅存在常值漂移的假设下,利用对准结果,可对常值漂移进行粗略估计,结果用于陀螺输出补偿可提升导航精度。仿真结果表明,在三轴摇摆运动条件下,水平对准精度达0. 1°以内。