多敏感器卫星姿态确定的联邦滤波器设计

针对由惯性测量组件、星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地球敏感器构成的卫星姿态确定系统 ,提出采用联邦滤波器进行信息融合。设计了多敏感器信息融合的联邦滤波器结构和算法 ,推导了卫星姿态确定的误差状态方程和各子系统的量测方程。仿真分析结果表明 ,采用联邦滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合 ,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合 。

捷联惯导姿态更新的双子样二次迭代优化算法研究

推导了捷联惯导姿态更新算法中双子样迭代算法,提出以锥误差最小为优化标准的双子样迭代优化算法,并对双子样、三子样、双子样迭代算法在锥运动条件下的情况做了仿真分析。

基于多元回归模型的捷联惯性测量组件标定技术

应用多元统计分析方法,对捷联惯性测量组件(SIMU)的系统标定技术进行了研究。在考虑加速度计横向灵敏度影响的情况下,将 SIMU 加速度计组件视为一个整体,提出了 SIMU 加速度计组件的多元回归模型,并且给出了模型参数的估计公式。多位置标定及静态测试实验结果表明,采用多元回归分析可有效地标定出加速度计组件的刻度系数矩阵、等效安装误差矩阵和等效零位偏置向量。

捷联惯导量化误差建模研究

从分析惯性器件量化误差产生的机理入手,建立了含量化噪声的捷联惯导系统误差微分方程,并用该方程的离散形式研究了系统误差方程中量化噪声的统计特性(功率谱密度的计算问题)。最后通过数值实例,定量分析了量化噪声对系统精度的影响和量化噪声建模不当引起的模型误差。

船用捷联惯导系统运动中对准的UKF设计

针对海况恶劣船体大幅晃动,捷联惯导系统无法快速完成自主初始对准的问题,给出了大方位失准角情况下捷联惯导系统的非线性误差方程,采用UKF方法来解决GPS辅助船用捷联惯导的运动中对准问题。仿真结果表明,该方法仅需60 s即可完成初始对准,并且水平对准精度达1′,方位对准精度达6′。与传统的EKF非线性滤波方法相比,采用UKF来实现船用捷联惯导系统运动中对准,不仅无需计算复杂的Jcobian矩阵,而且精度更高。

传递对准中主惯导速度匹配量的实时构造算法

研究了当机载主惯导和弹载子惯导分别采用地理坐标系和准惯性坐标系作为导航坐标系时 ,传递对准过程中主惯导速度匹配量的实时构造算法。提出了利用主惯导导航参数实时构造主惯导速度匹配量的地速转换和修正算法 ,利用主惯导加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分算法 ,以及利用主惯导导航参数和加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分修正算法。仿真结果表明 。

捷联惯导位置更新中的多子样算法

以地理坐标系作为导航坐标系,推导了捷联惯导位置更新中的位置增量算法;提出了基于曲线拟合的多子样(二、三、四子样)涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法。仿真结果表明,二、三、四子样涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法都能有效地计算出涡卷补偿和位置旋转补偿值,并且二、三、四子样涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法的精度依次提高。

姿态匹配传递对准的H_∞滤波器设计

姿态匹配传递对准对机翼弹性变形很敏感,若机翼弹性变形建模不当,将造成姿态匹配传递对准卡尔曼滤波性能的恶化。由于H∞滤波对系统的不确定性干扰具有很强的鲁棒性,因此本文将机翼的弹性变形视为姿态匹配传递对准中量测的不确定性干扰,并且设计了姿态匹配传递对准的H∞滤波器。仿真结果表明,在不对机翼弹性变形进行建模的情况下,姿态匹配传递对准的H∞滤波器能在十多秒钟的时间内完成传递对准,并且传递对准精度可达5′。

捷联惯导位置更新中的二子样涡卷补偿优化算法研究

研究了高动态环境下捷联惯导位置更新中的涡卷补偿算法。首先,给出了以地理坐标系为导航坐标系的位置更新算法;然后,基于曲线拟合的思想方法,推导了位置更新的二子样和三子样涡卷补偿算法,并且在划船运动(一种引起涡卷效应的典型高动态环境)下对二子样涡卷补偿算法进行优化,提出了位置更新的二子样涡卷补偿优化算法。仿真结果表明,二子样涡卷补偿优化算法的精度要比二子样涡卷补偿算法高,而其计算量与二子样涡卷补偿算法相当。

与陀螺漂移调制原理分析

推导了速率偏频激光陀螺的测量方程,根据此方程提出了从速率偏频激光陀螺输出信号中提取载体角增量信息的陀螺输出信号解调公式;分析了速率偏频激光陀螺的偏频转台对陀螺漂移的调制效应,通过数字仿真定量分析了速率偏频激光陀螺漂移引起的导航参数误差。

基于速率偏频激光陀螺的双套惯性组合系统故障监控技术研究

在三轴整体式速率偏频激光陀螺无法进行输出轴冗余配置的情况下,为实现陀螺的元件级故障检测与隔离,提出了由三轴整体式速率偏频激光陀螺和挠性陀螺组构成的双惯性系统的故障检测与隔离方案,给出了双惯性系统的量测方程,并以此为基础推导了用于进行故障检测与隔离的奇偶方程。提出一种基于奇偶方程的双惯性系统故障检测与隔离方法,并针对一类无法用奇偶方程进行隔离的故障,给出一种搜索无故障陀螺输出轴的故障检测与隔离新方法。

摇摆基座上基于信息的捷联惯导粗对准研究

舰船的摇摆使陀螺无法测出地球自转角速度,无法根据陀螺和加速度计的输出直接计算出姿态阵。针对这一问题,提出了基于重力加速度的粗对准算法。该算法中,姿态阵分散成4个矩阵求取,所利用的信息为:摇摆基座姿态变化信息;重力加速度相对惯性空间随地球旋转引起的方向变化信息;地球自转信息;地理信息。算法的巧妙之处是应用惯性凝固假设,建立了基座惯性坐标系ib0,使舰体相对ib0坐标系的姿态阵初值成为单位阵,从而使姿态更新解算成为可能。仿真结果表明,在舰船横摇、纵摇、艏摇幅值分别为10°、7°和5°,周期分别为6 s、5 s和7 s,横荡、纵荡、垂荡幅值分别为0.02 m、0.03 m和0.3 m,周期分别为7 s、6 s和8 s的环境下,由50个样本确定的东、北、天向失准角的均值分别为2.01′-、1.38′和-0.20,°相对的标准差为0.26′、0.21′和1.3,°在此基础上完全可以实现精对准。

惯导系统动基座对准精度评估方法

弹载惯性制导系统空中对准是机载战术导弹发射前必须完成的任务,其对准精度直接影响导弹系统的制导精度。利用最优平滑技术对弹载惯导系统传递对准效果进行评估,是分析导弹系统的战术性能和惯导系统自身器件性能的有效方法。Rauch-Tung-Striebel(1965)提出了固定区间平滑算法,Meditch(1967)提出了固定点平滑算法;Bierman(1983)、Watamabe(1989)等许多学者对RTS算法提出了改进方法,这些方法在保证平滑算法中数值的稳定性和提高计算效率方面有了明显改善。针对固定区间平滑算法所适应的对象,分析了这类平滑算法的特点,提出了RTS固定区间平滑算法的改进方法;结合弹载惯性制导系统传递对准效果评估,进一步证明了分析的正确性。

控制Kalman滤波器发散的方法研究

针对 Kalman 滤波发散这一工程现象,分析了造成 Kalman 滤波发散的原因和控制 Kalman 滤波发散的机理;重点研究了 SK 强跟踪滤波方法和 Sage-Husa 自适应滤波算法,提出了 SK 强跟踪滤波不发散的自适应遗忘因子的新算法;分析了强跟踪条件下量测噪声阵遗忘因子权重变化的物理意义;推导并指出了 Sage-Husa 自适应滤波算法的局限性。仿真结果证明了所述方法的有效性。

传递对准精度评估中参考匹配量的转换和修正

探讨了采用卡尔曼平滑算法对传递对准精度作评估时 ,参考系统 DGPS的速度和位置输出的转换和修正算法 ,详细推导了导弹瞬时所在点及初始所在点的地理坐标系相对准惯性坐标系的偏斜角微分方程 ,以及根据 DGPS的地速输出值计算准惯性坐标系内速度和根据 DGPS的地理坐标输出值计算在准惯性坐标系内直角坐标值的计算公式。仿真结果表明 ,由转换和修正引起的在准惯性坐标系内的速度误差小于 1 mm/s,位置误差小于 1 m。

固定点平滑技术在惯导系统对准精度评估中的应用

惯性导航系统动基座对准是机载或舰载战术导弹发射前必须完成的程序。利用最优平滑技术对惯导系统动基座对准效果进行评估,是分析导弹系统的制导精度和惯导系统自身器件性能的有效方法。本研究针对固定点平滑算法所适应的对象和平滑算法的特点,推导了利用卡尔曼滤波扩维方法来导出固定点平滑算法的方法,并分析了其特点。该平滑算法在某型弹载惯导系统空中对准精度评估中,取得了令人满意的结果。

无陀螺卫星姿态确定系统的分散化滤波器设计

针对无陀螺配置的情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地平仪构成的卫星姿态确定系统,提出采用分散化滤波器进行信息融合。设计了多敏感器信息融合的分散化滤波器结构和算法,推导了各个子系统的状态方程和量测方程。仿真分析结果表明,在无陀螺配置的情况下采用分散化滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合。

较大幅度摇摆条件下舰船捷联惯导自对准研究

研究摇摆基座上捷联惯性导航系统的初始对准技术。提出了对加速度计输出进行分析并对其进行积分的方法,来抑制干扰的影响。通过最小二乘法估计初始失准角与陀螺常值漂移,从而运用姿态误差角方程推算出相应时刻的失准角。仿真结果表明该方法切实有效。

无陀螺下基于UKF滤波器的星体角速率估计

文中通过采用一种新的非线性滤波方法(Unscented Kalman Filter)设计 UKF 滤波器,以星敏感器(CCD)为唯一测量元件,在无速率陀螺条件下求得卫星三轴姿态角速率。在相同条件下对 UKF 和 EKF 两种非线性滤波方法进行了对比,对于非线性系统仿真结果显示 UKF 的精度和鲁棒性强于 EKF,且收敛快。

在轨服务若干关键技术研究进展

近年来在轨服务技术发展迅速,国外已经完成了合作目标在轨服务关键技术验证,并正在开展针对已经在轨目标提供服务的关键技术研究与验证。国内在翻滚目标运动特性探测识别、主被动探测成像测量、协同抓捕、维修操作工具等关键技术方面取得了一系列研究成果,为推进剂补加、模块更换维修和碎片清理等提供了良好的技术基础。本文对上述关键技术的难点与研究进展情况进行了分析综述,并对后续的发展方向进行了展望。