基于卡尔曼滤波器的航姿系统测姿算法研究

航姿系统通常没有载体位置信息和速度信息的解算,且陀螺漂移较大,存在着载体持续机动时姿态精度不高,甚至消失的问题,因此通常的导航算法已不再适用。设计了一种基于卡尔曼滤波技术的姿态算法,用重力加速度在机体系的分量gb和陀螺漂移作为待估计的状态量,进行卡尔曼滤波的时间更新过程,利用加速度计的输出在一定条件下作为观测量,进行卡尔曼滤波的量测更新过程。仿真结果表明:此算法考虑了陀螺漂移,利用自身信息对机动状态进行了准确的判别,提高了航姿系统的姿态精度,且明显提高了长期机动时的动态精度。

光纤陀螺温漂补偿技术

针对在不同的温度下光纤陀螺漂移差异很大的问题,文中从理论和大量实验上研究了光纤陀螺的温漂特性,分别建立了逐次启动零位和一次启动零位补偿的数学模型,并给出了工程上的建模方法和步骤。试验结果表明:补偿后无论是不同温度下的陀螺漂移差值还是一次启动漂移的稳定性都有显著改善和提高。

捷联航姿自主测姿算法研究

研究飞行器姿态稳定性控制优化问题,针对载体作长时间飞行时,由于低精度陀螺、加速度计和磁传感器使航姿系统易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低,甚至发散的问题,为提高稳定性能,提出在采样周期内根据陀螺输出进行姿态更新。在滤波周期内首先利用系统自身信息实时地判断载体所处运动状态,然后根据运动状态选用不同的量测信息进行卡尔曼滤波,修正陀螺漂移造成的姿态角误差。仿真结果表明,算法提高了机动情况下的姿态精度,且在非机动和机动情况下,姿态精度都能满足系统稳定性能的要求。

基于机动检测的捷联航姿算法研究

针对低精度陀螺仪、加速度计和磁传感器组成的捷联航姿系统存在的易受载体运动加速度影响而导致姿态精度下降甚至发散的问题进行了研究,提出了一种基于机动检测的捷联航姿算法。该算法根据陀螺仪数据进行姿态实时更新,利用加速度计和磁传感器输出对载体姿态误差进行校正以保持航姿输出的长期精度。算法根据加速度计输出在导航系中投影的水平分量进行机动检测,剔除机动期间的加速度数据,利用载体匀速运动状态下的加速度数据与磁传感器数据构造量测,利用卡尔曼滤波器对姿态误差进行估计并修正。仿真结果表明,该算法能有效完成载体机动检测,保证系统存在机动的情况下姿态精度满足应用要求。

自主姿态测量算法研究

航姿系统一般不实时计算速度和位置信息,无法补偿地球自转和表观运动引起的分量误差,同时陀螺漂移较大,载体长时间持续机动时,出现姿态精度不高,甚至发散的问题。提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态融合算法,将等效陀螺漂移列入系统状态,利用卡尔曼滤波的新息对运动状态进行判别,在一定条件下,用加速度计的输出作为量测量进行卡尔曼滤波的量测更新过程。实验结果表明,所提出的姿态融合算法考虑了陀螺漂移,能提高载体长时间机动时的姿态精度。

基于分散式信息融合的无人机协同导航算法研究

基于无人机协同导航的应用研究出一种用于导航控制的分散式信息融合滤波算法，该方法以带滞留状态的信息滤波为框架，每个平台利用本地传感器进行局部数据融合，相互协作进行信息矩阵的分布式递增Cholesky修正，进一步得到平台状态的矩参数估计。与依赖单一中心节点的集中式或者分层式数据融合结构相比，这种分散式数据融合结构可以增强系统的生存能力。该方法将关键历史状态保留在滤波中，滤波状态联合分布的信息矩阵是稀疏矩阵，滤波所涉及的计算复杂度较小，并且状态添加和观测更新具有局部性，便于工作负载均衡分配。仿真结果表明，该方法既保证算法的高效执行和分散式实现可行，同时又确保协同定位的精度。

一种低成本的SINS/GPS紧密组合导航

针对高速、高机动弹道导弹中捷联惯性导航系统/全球卫星定位系统(SINS/GPS)紧密组合导航系统在信息融合时,存在由于接收机时钟差引起量测信息值突变及量测数据时间同步的问题,提出了一种伪距差分的方法,能有效消除量测值的突变,保证滤波器收敛。在此基础上,采用多项式拟合外推的方法达到了时间同步精度要求。最后对改进后的系统进行静态和动态跑车实验,实验结果表明,该系统的水平位置精度达到了10 m,速度精度达到了0.2 m/s,提高了系统的导航精度,验证了该方法的有效性。

车载捷联惯导双里程计组合导航方法研究

针对当前车载捷联惯导与里程计组合导航时,将里程计安装在车底盘左侧或右侧位置而造成的导航误差,以及里程计信息未能真实反映车体中心的实际运行状态,研究了一种车载捷联惯导/双里程计组合导航方法。该方法分别在车底盘左侧和右侧位置各安装了一个里程计,将双里程计信息作为量测量,设计了组合导航融合算法进行Kalman滤波组合导航。在导航过程中对双里程计信息进行χ2检测,以避免车体作大转弯运行或有外部干扰时引起的里程计信息异常。跑车试验结果表明,该融合算法能使定位结果得到最优融合,定位误差整体减小到20m以内,最大处减小6m,离线分析进一步证明了该融合算法的有效性。

柱面坐标系下航天器仅测角相对导航算法

针对采用星载无源光学相机实现对空间非合作目标的相对导航时轨道状态不可观测/弱可观测的问题,研究了基于柱面坐标系相对运动动力学模型的仅测角相对导航算法。首先,在柱面坐标系下建立了三维的相对轨道运动动力学模型和视线角测量模型;然后,基于该模型进行了仅测角相对导航的状态可观测性分析,定性地获得了相对轨道状态可观测性更佳的几何条件;接着,为了解决强非线性模型的估计问题,建立了基于平方根容积卡尔曼滤波的仅测角相对导航估计算法及长航时导航滤波方案;最后,对所提算法进行了数值仿真实验验证。仿真结果表明柱面系下动力学模型的轨道曲率捕获能力强,能够为仅测角相对导航提供足够可观测性,相对轨道估计误差可收敛至公里级,能够满足中远程空间态势感知、交会的精度要求。

一种基于LDV/INS组合的车载高程计

为了给车式载体提供更准确的高程信息,提出了基于激光多普勒测速仪与惯性导航系统进行组合构建车载高程计的方案。利用激光多普勒测速仪与惯性导航系统分别测量车式载体的速度和姿态角,并结合初始点的高程解算得到待测点的高程。阐述了系统的结构和基本原理,并进行了车载实验。理论分析和实验结果表明:所设计的激光测速仪测量精度优于测量值的0.285%,将其与惯性导航系统进行组合测量某一地点高程信息是切实可行的。