基于SINS/OD失准角观测的垂线偏差测量方法

组合导航系统的姿态失准角与垂线偏差(deviation of vertical,DOV)存在对应关系,通过对姿态失准角的观测是实现DOV测量的一种有效手段。本文基于车载捷联惯性导航系统/里程计(strapdown inertial navigation system/odometer,SINS/OD)组合导航姿态失准角观测及失准角误差的递推提出一种DOV测量方法。首先,从组合导航速度误差方程出发,推导出DOV与姿态失准角之间存在复杂的耦合关系。然后,通过沿路径迭代递推的分步计算方法,由导航过程中的姿态失准角直接获取沿线的DOV。最后,仿真结果验证了该算法的有效性,且表明测量精度与行驶路径的长度有关。实验表明,行驶里程35 km的机动路径上DOV误差均值小于0.3″,终点处单点测量误差小于0.7″。

垂线偏差对惯导系统位置误差的影响分析

针对制约高精度惯性导航系统精度的垂线偏差误差项问题,研究了垂线偏差对惯性导航系统水平位置误差的影响及各级惯导系统误差补偿时垂线偏差的指标需求。首先,推导了垂线偏差引起的惯导系统误差项的直接差分法和四阶龙格库塔数值更新算法,对比分析了两种算法在不同地区的水平位置误差的更新效果;然后,采用3种分辨率的垂线偏差网格数据对惯导系统进行补偿;最后,分析了垂线偏差补偿频率对位置误差补偿的效果并开展了车载导航DOV补偿实验。仿真及实验结果表明,两种误差更新算法都可以有效计算水平位置误差;垂线偏差最大可引起近3000 m的位置误差,水平姿态误差与方位姿态误差1 h漂移约18″和72″;经DOV补偿后,水平定位精度提升了约230 m。

星敏感器姿态测量算法研究

针对传统矢量定姿方法精度较低的问题,研究了主流的星敏感器多矢量天文定姿算法,从理论上对奇异值分解(singular value decomposition,SVD)算法、双矢量定姿加研究背景算法、最小二乘(least square,LS)算法、四元数估计(quaternion estimator,QUEST)算法和线性估计算法进行了详细推导。其中,线性估计算法先将各矢量对的坐标变换等式分散表示,推导出对应的四元数形式,再联立所有矢量的坐标变换等式,基于长方矩阵的Moore-Penrose伪逆运算对二次四元数矩阵方程线性化,再在此基础上考虑随机噪声的影响对一次四元数矩阵方程进行鲁棒性操作,具有良好的创新性与实用性。以最小化Wahba损失函数为目标,对定姿算法的性能进行对比分析。仿真和实验结果表明,线性估计算法较之于其余4种算法,具有更快的解算速度、更高的定姿精度。

航空重力测量重复测线数据处理技术研究

航空动态重力测量是快速获取地球重力场信息的有效手段,从广泛噪声中高精度提取重力信息的数据处理技术是重力测量的关键环节。本文首先分析了测量噪声的来源及误差特性,且明确了现阶段常用的有限冲激响应(FIR)低通滤波器可以有效滤除高频噪声。其次,针对动态特性误差和偶然误差,提出基于经验模态分解(EMD)的误差分离方法。再次,提出了适用于多条重复测线的系统平差方法,有效抑制了低频系统误差的影响。最后,对航空实测数据进行了处理。试验结果表明,基于EMD的误差分离方法将内符合精度从2.86mGal提升至0.75mGal,重复测线系统平差方法将精度进一步提升至0.28mGal。该研究对提升航空重力测量系统在数据处理技术成熟度及实用化水平方面有重要意义。

重力扰动对惯性导航系统初始对准的影响

随着惯性器件精度的不断提高与高精度导航系统发展的需要,重力扰动成为影响惯性导航系统(inertial navigation system,INS)精度的主要误差源之一。在考虑垂线偏差和重力异常的同时,首先利用解析法推导了重力扰动影响初始对准失准角的误差方程,并将其转化为姿态角误差方程。然后,分析并建立了INS的速度、位置和姿态的误差方程。最后,利用仿真实验验证了重力扰动对INS初始对准的影响。理论分析及仿真实验表明,重力扰动矢量直接影响初始对准姿态角,姿态角误差仅与水平面内的垂线偏差有关,而与重力异常无关。