基于双MIMU速度+角速率匹配的行人自主导航方法

针对基于零速修正(ZUPT)的行人导航系统航向误差随时间发散导致定位精度差的问题,提出了一种基于自适应零速检测与双MIMU速度+角速率匹配的行人自主导航方法。在一套自主系统中同时包含两种三轴MIMU,一套大量程MIMU用于保证原始惯性数据的完整性,一套高精度MIMU用于提供角速率基准。当高精度MIMU数据未超量程时,若基于SVM的自适应零速检测算法判断系统为零速状态,采用速度+角速率匹配方案;若系统为非零速状态,则采用角速率匹配方案,通过卡尔曼滤波器对各项误差进行估计和修正,提高系统的航向和定位精度。试验结果表明,相较于仅采用速度匹配,采用所提方法,航向精度达到了3.44°/30 min,提升了50%以上;定位精度达到了4.92 m/30 min,提升了40%以上。

舰载角速度匹配传递对准方法研究

为了提高舰载局部捷联惯导系统的导航精度,希望能够在传递对准过程中,对船体甲板变形进行估计,对惯性器件的某些误差进行标定,并进行补偿。作为参数匹配传递对准方法之一的角速度匹配法为此提供了可能。文中对角速度匹配法中的三种不同海况下的系统状态可观测性进行了详细的分析,并对船体甲板变形和陀螺漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析。研究结果表明,这一方法具有较好的对准精度和快速性,但具体情况随船体的运动情况而不同。

舰载姿态加角速度匹配传递对准方法研究

用于传递对准的测量参数匹配法极大地受限于舰船所处海况,为解决这一问题,提出了姿态加角速度匹配法。在三种典型的海况下,对这一传递对准方法中舰船甲板变形和陀螺常值漂移进行了KALMAN滤波估计及精度分析,并对陀螺漂移标定的可行性进行了深入的分析。研究结果表明,姿态加角速度匹配法具有稳健的对准精度和快速性,陀螺漂移的标定依赖于舰船甲板动态变形的大小。

一种改进的舰载机快速传递对准方法

为提高舰载机的快速反应能力,设计了一种测量参数组合匹配传递对准新方法。以舰载机惯导的姿态四元数和移动基准惯导的姿态四元数为切入点,通过四元数乘法构建量测量,并与角速度匹配组合构成量测方程,可有效克服传统姿态角匹配计算量大的不足,并获得较好的快速性和滤波精度。给出了数学模型,阐述了工作思路,推导了量测方程,并在舰载条件下进行了分析比较和仿真验证。仿真结果表明,采用本文提出的方法可获得良好的稳健性、快速性和准确性,估计精度与角速度加姿态角匹配方案的精度相当,计算量也明显减小。舰载机惯导系统不但在不到10 s的时间里就完成了对失准角和安装误差角的估计,估计精度均在0.5'以内,还能在不到100 s的时间里完成对陀螺漂移的估计,实现对陀螺器件的标定。

基于FGU的船体变形测量技术中时间延迟补偿方法研究

基于光纤惯性测量单元(Fiber Gyro Unit,简称FGU)的角速率匹配法是船体变形测量技术的发展方向,但是在实际应用中两套测量单元之间存在时间延迟,会影响船体变形测量精度。该文分析了时间延迟的产生机理以及时间延迟对变形估计的影响。并基于二阶马尔科夫模型对船体变形建模,建立卡尔曼滤波状态方程和量测方程,提出了一种时间延迟补偿方法,将时间延迟扩充为状态量,对其进行实时的估计和补偿。最后通过仿真并结合实船试验数据,对比分析了时间延迟补偿前后的变形估计效果,验证了此方法的有效性。

舰载条件下一种新的传递对准方案与仿真研究

传递对准是战术舰载武器惯导系统初始对准的一种有效方法;针对舰载捷联惯导系统的初始对准问题,提出了一种新的动基座快速传递对准方案——速度+角速度匹配方案;给出了这种方法的数学模型,采用一种简单的航行轨迹,在三种典型的海况下,对这一传递对准方法中子惯导姿态误差角,速度误差和舰船甲板变形进行了卡尔曼滤波估计及精度分析;研究结果表明,速度加角速度匹配方法具有稳健的对准精度和快速性,估计精度随海况变化不大。

H_∞次优滤波在角速度匹配传递对准中的应用

角速度匹配传递对准的量测量是主惯导的高精度陀螺测量信息与子惯导的陀螺测量信息之差,将角速度匹配传递对准的量测量送入卡尔曼滤波器进行信息融合,以获得导航系统误差的最优估计值。通过对角速度匹配传递对准的系统状态模型和量测模型的构建与分析,在将机翼弹性变形等干扰项为有色噪声时,采用H_∞次优滤波的角速度匹配传递对准方式估计弹体的安装误差角与姿态失准角,从而实现机载导弹武器系统的快速传递对准。仿真结果表明,基于H_∞次优滤波的角速度匹配传递对准,能有效抑制实际应用中弹体的机翼弹性变形等外界不确定噪声的干扰,在确保传递对准鲁棒性能的同时,可以获得良好的快速性能和滤波精度。因此,作为一种空中飞行的对准方法,采用H_∞次优滤波将干扰项作为有色噪声应用于角速度匹配传递对准更符合工程应用的实际情况。

角速度匹配在机载武器传递对准中的应用

直升机与固定翼飞机相比,主惯导类型、精度、机翼变化及机动模式均不相同,这些对传递对准的精度产生很大影响,目前对其研究较少。文中基于工程需要,针对直升机主惯导采用捷联惯导的特点,提出了采用角速度匹配传递对准方案,推导了系统的状态方程和量测方程,采用奇异值分解法(SVD)对其进行了可观测性和可观测度分析。数字仿真结果表明角速度匹配直升机机载武器传递对准是较好的一种方案,为该方案的实际应用奠定了一定的理论基础。

舰载导弹INS在低机动条件下传递对准研究

研究舰载导弹INS在低机动条件下借助海浪进行传递对准的问题.鉴于"线运动"+"角运动"测量匹配能以较低的机动要求而获得可接受的对准精度,基于"加速度"+"角速度"匹配法设计了一个对准滤波器,且对准滤波器采用较高更新率以克服加速度和角速度测量易受船体结构挠性变形和振动的干扰.为进一步减小船体挠性效应、降低对数据传输率要求并保持对准滤波器的快速收敛性,提出了测量数据预处理的方法.仿真结果表明:在低机动条件下实现舰载导弹INS传递对准具备可行性.

舰船平台上一种改进的传递对准方案设计与仿真

为了提高舰船惯性导航系统在动基座下的传递对准的精度和快速性,针对舰船平台的应用特点,采用卡尔曼滤波器对主、子惯导的"速度加角速率"参数的误差量进行滤波估计并进行了算法设计。运用卡尔曼滤波器的平滑算法改善传递对准的精度。针对卡尔曼滤波器平滑算法会降低对准速度的缺点,在只损失一小部分精度的前提下,创新性的采用卡尔曼滤波器的降阶算法提高了对准速度。通过Matlab软件对卡尔曼滤波器算法、卡尔曼滤波器平滑算法和卡尔曼滤波器平滑加降阶算法的速度误差和姿态误差分别进行了仿真。仿真结果表明,"速度加角速率"匹配传递对准改进算法具有稳健的对准精度和快速性,有一定工程应用参考价值。

基于非均匀线阵的压缩感知波达方向估计

为提高压缩感知波达方向估计的阵列利用率,提出一种基于非均匀线阵的正交匹配追踪(OMP)算法。根据来波方向的大致范围,分别利用等角度方式和等正弦方式将空间角度划分成若干份,使用非均匀线阵作为信号的接收阵列,并将经过角度划分的非均匀线阵阵列流形阵作为观测矩阵,采用观测矩阵对信号进行投影测量得到维数较低的观测值,从观测值中重构原信号,进而得到待估计信源的方位信息。仿真结果表明,与多重信号分类(MUSIC)算法相比,该算法所需快拍数小、抗噪能力强、阵列利用率高,与均匀线阵条件下的OMP算法和基于空间平滑的MUSIC算法相比,具有更高的测角分辨力和更强的解相干能力。

基于CKF的非线性船体变形惯性测量方法

船体变形的精确测量对于优化大型船体结构设计、不同部位的刚度设计以及提高舰船传递对准精度都有很现实的意义,而基于惯性传感器的角速率匹配法是测量船体变形的研究热点。针对大型船体中惯性测量单元存在大安装误差角的情况,建立非线性的船体变形模型以及光纤陀螺的漂移模型,采用CKF滤波方法进行估计;理论推导了UKF与CKF两种非线性滤波的估计精度,并进行了理论比较分析与仿真验证。结果表明随着航向安装误差角从30°增加到50°,静态误差角和动态误差角的估计精度始终保持在20″以内。与UKF相比,随着系统非线性程度的增强,CKF的性能优势更加明显。

误差源对半捷联导引头信息提取精度的影响

针对导引头半捷联稳定平台设计过程中存在的各项误差及其影响问题,首先分别基于空间角度关系及四元素法,建立了半捷联平台角速度及框架角控制模型;进而以角速度指令转换、角速度测量及匹配滤波为主要误差源,分析了对稳定平台控制与角速度信息提取精度的影响机理,并进行了仿真计算。研究结果表明,平台框架角速度测量误差受其它误差源的影响较小,位置传感器微分后的测速误差对视线角速度测量误差的影响较大,半捷联导引头的稳定性能主要取决于校正控制回路的设计和匹配滤波器的设计,而匹配滤波器将决定平台稳定的精度及隔离度水平。

潜射导弹捷联惯导系统传递对准技术研究

随着现代战争的发展,潜射导弹已成为日益重要的中等规模打击力量,快速而准确地在潜艇上对其捷联惯导系统进行传递对准,成为潜射导弹的一项关键技术。该文通过研究主、子惯导之间产生的固定安装误差角和挠曲变形角,运用鲁棒滤波技术,采用"角速度+加速度"匹配的传递对准方法进行了建模和仿真。结果表明,该技术可以实现潜射导弹捷联惯导系统的快速高精度对准,而潜艇不必做其他机动,为导弹快速高精度初始对准提供了一定的理论依据。

速度加角速度匹配传递对准方法研究

以主惯导和子惯导的速度差和角速度差作为观测量,设计速度加角速度匹配传递对准方法。推导了速度加角速度匹配微分方程,建立了速度加角速度匹配的线性滤波模型。速度加角速度匹配传递对准方法作为计算参数匹配法和测量参数匹配法的结合,比较传统的速度匹配传递对准方法利用了更多的观测信息,因此,对方位的估计精度高,估计时间短。

MHD角速度传感器微弱噪声的测量方法

为了解决现有噪声测量方法测量下限高、耦合噪声大,无法与MHD角速度传感器实现噪声匹配的问题,研究了MHD角速度传感器亚nV/Hz量级噪声的测量方法,并设计了一种噪声测量系统。通过使用噪声匹配变压器,将噪声匹配原理与双通路互谱测量原理相结合,优化测量系统的噪声系数,有效抑制了测量过程中的通路噪声和耦合噪声。通过理论和仿真分析了测量系统的固有噪声,实验证明测量系统的等效输入电压噪声谱密度为0.1 nV/Hz。最后,采用该测量方法,精确测量出低至0.06 nV/Hz的MHD角速度传感器的微弱噪声。

车载惯导系统传递对准匹配算法研究

车载武器沿纵轴和横轴的机动能力受到很大限制,无法作大的角机动,而传统的速度或姿态匹配算法需要载体能作大幅度的机动运动,否则方位失准角的估计效果不理想。针对车载武器系统机动能力受限的现状,特提出"速度+角速度"匹配算法。同时将导弹的起竖过程中作为机动条件,并将主子惯导之间的挠曲变形作为噪声用H∞滤波器进行处理,解决了建模困难的问题。经仿真分析,该方法可以在导弹起竖过程中完成传递对准,对准精度可在90 s起竖过程内达到3'以内。

机载导弹传递对准匹配方案研究

传递对准是解决机载战术导弹在空中动基座条件下初始对准问题的有效方法。为有效估计机载战术导弹系统的姿态误差角,文中在基本匹配方案的基础上,详细研究了"角速率+比力"匹配和"速度+全姿态矩阵"匹配这两种传递对准的匹配方案,分别推导了其数学模型,并进行了数字仿真,最后对仿真的结果进行了比较、分析,结果表明该方法能够有效的估计姿态误差角,并能够在较短时间内以一定精度完成初始对准。

速度与角速度双积分匹配传递对准

为降低载体挠曲变形对传递对准的影响,提出了"速度+角速度双积分"匹配方法。与姿态匹配相比,角速度双积分匹配对载体挠曲变形不敏感。结合速度匹配,"速度+角速度双积分"匹配可减小挠曲变形引起的传递对准误差。参照挂飞试验测得的机翼挠曲变形数据,进行了传递对准的Monte Carlo仿真。仿真结果表明:采用"速度+角速度双积分"匹配方式相比采用传统的"速度+姿态"匹配,最大姿态估计误差减小超过30%,陀螺和加速度计的零偏估计误差也有不同程度的减小。车载实验验证了这种方法的有效性。

基于“速度+角速度”匹配的DVL/INS组合传递对准优化算法设计

针对全球导航定位系统(GNSS)多径效应明显、信号易受干扰等因素导致的主惯导参考速度信息可靠性差的问题,采用多普勒计程仪(DVL)辅助大型舰载试验平台上搭载的主惯性导航系统进行传递对准。考虑到大海域试验海况复杂,采用"速度+角速度"匹配方式、动态挠曲杆臂模型和DVL地理系系统误差模型构建系统方程。仿真结果表明,DVL辅助对准的结果明显优于没有设备辅助的对准结果,速度快且平稳性好。因此,在大型舰载平台实际试验过程中,DVL是实现平台传递对准技术的理想的外界辅助设备。