水下SINS/DVL组合导航误差抑制综述

为实现水下潜航器高精度长航时航行,基于SINS/DVL组合导航的误差抑制和校正技术是关键。对于DVL数据失效情况,介绍了不同的替代方法。比较了SINS/DVL组合数据融合常见滤波算法;从长航时导航误差抑制和校正角度,叙述了阻尼算法、地形辅助校正、重力匹配辅助定位、长基线系统辅助定位和重力扰动补偿等方法。可为水下潜航器SINS/DVL组合长航时导航误差抑制提供参考。

基于滑动窗口抗差自适应滤波的SINS/DVL组合导航算法

捷联惯性导航系统(SINS)/多普勒测速仪(DVL)组合导航时,需要考虑多普勒速度信息中出现的野值和噪声特性变化对导航精度的影响。针对上述问题,提出基于滑动窗口抗差自适应滤波的SINS/DVL组合导航算法。首先建立状态变换漂移误差角系统误差模型,在速度误差方程中用重力常值项代替比力项,减少比力项引起的速度误差,提高模型的准确性。然后利用新息序列判别野值,若异常则采用滑动窗口数据修正错误新息,并使用带遗忘因子的自适应滤波在线估计量测噪声。实验结果证明,新的系统误差模型和滑动窗口抗差自适应滤波能有效减缓位置误差的累积。2 h的SINS/DVL组合导航中误差航程比优于1.05%,相比于传统卡尔曼滤波性能提升39.66%。

多普勒与航向姿态坐标参考的组合导航系统设计

随着船舶定位导航精度要求的日益提高,过度依赖电子定位单一导航方法存在很大的局限性,传统的航迹推算难以在远距离航行时保障精度。为给船舶提供多元化的可靠船位信息,形成船位数据互补与互证,提高系统集成化程度,适应复杂航行环境,设计了一种GYRO/SINS/Doppler log(陀螺罗经/捷联惯导/多普勒计程仪)组合导航系统。其主要内容是:为无线电定位进行补充验证的组合导航系统总体方案设计,采用GYRO/SINS/Doppler log提供组合导航数据。其中,航向由陀螺罗经提供,船舶姿态通过微型捷联惯导系统提供,船舶纵、横运动速度由4轴多普勒提供,信息融合技术采用自适应Kalman滤波算法,最后进行载体坐标系向导航坐标系转移计算,给出船舶纵横向与北东向实时速度及北东向位置积分变化。仿真结果表明,该组合导航系统具有较好推算能力、良好的稳定性和快速性、较高的精度和误差纠正能力,能满足船舶长时间远距离航行的导航要求。

鲁棒的DME/DME/SINS组合导航算法

测距仪/测距仪/捷联惯导系统的组合导航系统是区域导航中常用的导航源。提出了一种鲁棒的测距仪/测距仪/捷联惯导系统组合导航算法。首先以捷联惯导系统误差方程为基础建立起卡尔曼滤波的状态方程;其次推导斜距误差与系统状态变量间的数学关系,并以此建立量测方程;最后针对测距仪输出的斜距中的野值影响导航精度这一问题,采用一种鲁棒性能较好的基于Huber的卡尔曼滤波算法实现信息融合。实验结果表明,所设计的组合导航算法可以满足一类区域导航的需求,由于采用了基于Huber的卡尔曼滤波算法,算法鲁棒性较好,能有效应对量测野值对系统精度的干扰。

一种采用捷联惯导的采煤机动态定位方法

针对采煤机定位是三维体定位的情况,运用捷联惯导系统中三轴加速度计和陀螺仪对采煤机的实时线性加速度和实时角速度进行测量,得到采煤机在载体坐标系下的加速度和角速度。由于在载体坐标系下不能直接进行定位计算,故进行坐标变换,构建了采煤机在惯性坐标系中的导航方程,通过对加速度和角速度进行积分运算,获得采煤机位置和姿态数据。最后,在建立采煤机惯性坐标系导航模型的基础上,进行了采煤机惯性导航定位仿真分析。其结果表明,采用捷联惯导能够较好地实现采煤机动态定位。

基于SINS/轴编码器组合的采煤机定位方法与试验研究

为提高采煤机三维惯性定位精度,介绍了一种基于捷联惯性导航系统(SINS)与轴编码器组合的采煤机定位方法,构建了采煤机定位方程。利用捷联惯性导航系统测出采煤机的实时姿态,轴编码器测出采煤机的位移增量,根据采煤机的实时姿态,将采煤机坐标系下的位移增量变换到导航坐标系下累加得到采煤机位置。该方法不仅能自主实时确定采煤机的三维位置,并且可有效减小纯惯性导航中的累积误差。同时,通过井上试验和井下试验验证了该定位方法的可行性,评价了该定位方法的定位精度。

基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究

针对煤矿井下"三机"自动化中的采煤机定位精度较低的问题,根据采煤机工作环境恶劣、空间封闭、干扰较多的特点,提出了一种基于捷联惯性导航(SINS)的采煤机位姿定位方法。该方法利用捷联惯性导航系统中的三轴加速度计和三轴陀螺仪实时测量采煤机的加速度和角速度信息,并根据四元数捷联惯导位姿解算方法解算出采煤机的实时位置和姿态信息,得到精确的采煤机运动轨迹,实现对采煤机的实时体定位。对定位平台进行仿真和利用综采工作面"三机"实验装置搭建采煤机捷联惯导定位实验平台进行实验,结果表明,采煤机捷联惯导定位系统能够准确跟踪基准轨迹,采煤机沿工作面方向运行20 m,位置姿态跟踪误差分别为0.5 m和0.7°,满足煤矿采煤机定位精度要求,该系统能够实现采煤机的实时精确定位。

基于卡尔曼/粒子组合滤波器的组合导航方法研究

粒子滤波在组合导航系统非线性非高斯条件下的滤波估计中获得广泛关注,但捷联惯导误差模型维数较高,直接应用粒子滤波会带来维数灾难。设计了用于SINS/GPS组合导航的卡尔曼/粒子组合滤波算法,采用卡尔曼滤波和粒子滤波分别对系统的线性和非线性状态进行估计,降低粒子滤波器状态维数,避免维数灾难。采用系统残差采样法的规则化粒子滤波器,有效缓解粒子贫化问题,并减少计算负担。仿真结果表明卡尔曼/粒子组合滤波方法的估计性能与粒子滤波相当,但计算复杂度前者要低得多。

基于惯性系采用Kalman滤波的车载SINS行进间对准方法

介绍了惯性系中基于重力加速度信息进行粗对准的实现方法。在此基础上通过推导以地心惯性坐标系为导航系的捷联惯性导航系统(SINS)误差方程,建立了与惯性系对准算法相匹配的状态模型,提出了一种采用Kalman滤波实现基于惯性系的SINS行进间精对准方法。计算机仿真实验结果表明,文中所提出的基于惯性系的采用Kalman滤波的车辆行进间精对准方法,可有效地降低干扰噪声的影响,提高初始对准的精度。此外,该方法相对于基于地理坐标系进行滤波的方法,简化了滤波模型,较大的降低了计算量。

移动卫星通信捷联式天线稳定系统

介绍了一种应用激光陀螺惯性导航系统组成的移动卫星通信的捷联式天线稳定系统 ,给出了天线稳定和跟踪的控制方法和最优值搜索法。采用该系统可测量载体的姿态角和经度纬度 ,借助于惯性系统的输出信号控制天线轴使天线跟踪指定的卫星 ,卫星天线接收的信号可检测出跟踪误差 ,通过伺服系统控制天线转动 ,以使通讯信号为最强。采用了 GPS修正惯性系统的误差 ,成为 GPS/ INS的组合系统。在山区道路上跑车试验结果表明 ,当车的横滚角和俯仰角达到 6°,频率为 1Hz,方位角变化 180°时 ,在此动态条件下根据测量的卫星信号场强可知 ,跟踪误差小于 0 .2°。接收到的电视信号稳定清晰 ,图像和电话信号都是满意的。跑车试验表明 。

无陀螺捷联惯导系统模型研究

无陀螺捷联惯导系统采用加速度计来解算载体相对惯性系的角速度,从而代替角速度陀螺仪。考虑重力影响,对两种不同配置方式的6加速度计捷联惯导系统建立了载体运动参数解算模型,在此基础上提出了一种12加速度计配置方式,从而利用多传感器的冗余信息对算法进行优化,消除了角速度解算过程中求解微分方程带来的累积误差,提高了角速度解算精度。

捷联惯性导航系统飞行轨迹数据生成与惯性器件建模

由于很难获得全面真实的导航飞行轨迹数据,而各类导航系统软硬件性能测试验证又必须要有飞行轨迹数据和惯性器件的输出参数。为此,作者提出了一种生成测试用飞行轨迹,并能为惯性器件建模的解析式思想。用这种思想产生的飞行轨迹数据和惯性器件的模型,在硬件平台软硬件系统测试验证中得到了成功地应用,取得了很好的效果。

星光导航原理及捷联惯导/星光组合导航方法研究

该文在分析星光导航原理的基础上,给出了捷联惯导/星光飞行器组合导航方案;推证了该组合导航系统的状态方程和观测方程,分析了星敏仪量测误差。结合高超声速跨大气层再入飞行体的模拟飞行轨道,进行了组合导航数学仿真。结果证实该方案能够利用星光导航信息对捷联惯导进行即时修正,表明捷联惯导/星光组合导航系统在较精确地获取载体姿态信息方面具有优越性。

高精度光纤陀螺组件标定方法

为了提高光纤陀螺组件的标定精度,从三轴惯导测试转台技术指标入手,根据惯导测试转台定位精度高的特点,设计了六位置静态分立式标定方案.通过设计一定的标定路径,利用地球转速和当地地理纬度,激励出陀螺的标度因数、安装误差和零位等12个参数,新的标定方案避免了标度因数和安装误差对零位的影响.对自研光纤陀螺捷联惯导系统在三轴惯导测试转台进行传统标定和六位置静态分立式标定,并将标定结果用于静态导航实验,多次实验结果表明,与采用传统标定结果的导航定位误差相比,采用六位置静态分立式标定结果的导航定位误差显著降低.

自适应卡尔曼滤波在SINS静基座初始对准中的应用

由于捷联惯导系统模型参数往往与实际的物理过程具有一定的偏差,并且系统的噪声与量测噪声的统计特性不是精确已知的,因此采用常规的卡尔曼滤波算法不能获得理想的滤波效果。为避免滤波发散,采用Sage-Husa自适应滤波算法应用于捷联惯导初始对准,仿真结果表明该方法相对于卡尔曼滤波方法在收敛精度和速度上都有很大的改进。

捷联惯导系统的圆锥误差补偿算法研究

非互易向量的确定与补偿是影响高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统姿态矩阵计算的重要问题。为了补偿由此引起的圆锥误差 ,本文对一些传统算法进行了分析和研究。由于以往各种算法一般都需要输入信息为角度信息 ,但对于高动态、恶劣振动环境 ,角速度信息更有工程意义 ,所以针对输入信息为角速度的情形 ,提出了一类新的姿态算法 ,通过对比传统的算法 ,新算法在同样计算量、存储量的情况下有较优的性能 ,算法的精度较传统的算法高。另外 ,对新的姿态算法进行了误差分析 ,为其参数选择提供了选择标准 。

管道地理坐标内检测的里程校正算法

利用管道清管器(pipeline cleaner,PIG)搭载捷联惯导(strap down intertial navigation system,SINS)器件实现管道地理坐标的定期测量。SINS计算的结果发散是测量系统实用化的瓶颈,为此将PIG里程校正的卡尔曼(Kalman)滤波方法应用于管道地理坐标测量中。根据管道内检测环境的需要选择霍尔式里程轮和采用微机电系统(micro-electromechanical systems,MEMS)的惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU);针对MEMS器件精度较低的问题,利用分离滤波方法减小信号的零偏噪声,使惯性信号满足Kalman滤波的需要;建立了9维状态误差的数学模型,将里程轮的速度与SINS计算的速度之差作为观测量,通过Kalman滤波对管道定位的状态误差进行估计和补偿;搭建实验装置进行实验验证。结果表明,校正算法解决了计算结果发散的问题,检测160 m长度的管道精度达到3.8%,具有一定的实用性。

基于MATLAB/Simulink的捷联惯性导航系统仿真

介绍了仿真软件MATLAB/Simulink及先进的仿真系统平台软件RT-Lab,设计了龙格-库塔积分模块,用于解决在使用定步长求解器及数字时钟情况下的积分精度不高的问题;建立了基于MATLAB/Simulink的捷联惯性导航仿真模型;并将系统分解成一系列功能相对独立的模块,如轨迹发生模块,捷联惯导解算模块;并进行了仿真验证,得到的姿态、速度、位置误差与理论值相符,证明了仿真模型建立正确、方法采用得当、有效。

弹道导弹轨迹发生器的设计

用于捷联惯导的弹道导弹轨迹发生器设计,包括动力学方程的建立和发射点惯性坐标系下的轨迹参数确定。后者又包含发射点惯性系下速度、位置、姿态角、比力速据及角速度的确定。针对误差公式推导复杂的特点,用导航仿真对其输出的角速率和比力值进行精度估计,验证了该设计的正确性。

捷联惯导系统快速初始对准方法仿真研究

捷联惯导系统(SINS)静基座初始对准时,由于方位误差角的观测度较低,使对准的时间比较长。为了实现SINS的快速初始对准,在东—北—天坐标系下推导了快速对准方法;采用小波滤波和卡尔曼滤波相结合进行初始对准滤波。仿真结果验证了小波——卡尔曼组合滤波方法的有效性。