针对高动态载体应用的高精度捷联惯导姿态算法优化方法

提高高动态条件下捷联惯导姿态算法的解算精度和解算实时性是提高高精度捷联惯导系统实用性能的重要基础。特别是针对高超飞行器等高速高动态载体的高精度实时导航需求,需要采用较高的惯性器件采样率,以提高高动态条件下的姿态解算精度。由于传统捷联指北姿态算法中器件采样率的增加会导致算法运算量的大幅增加,影响算法的实时性。基于此,提出了基于捷联算法优化编排原理的双速姿态解算方法和工程实现编排方法。该方法在增加惯性器件采样率的同时并不会显著增加计算量,能有效满足高速高动态载体的实时性导航解算需求。仿真试验结果表明,在高动态仿真条件下,双速优化姿态编排算法与传统指北算法相比,更能有效满足高动态下捷联惯导算法的实时性和高精度解算要求。

捷联惯性导航系统的姿态算法优化设计

在圆锥运动条件下，具有相同时间间隔的两个角增量的叉乘对圆锥补偿的贡献相等。本文根据这一特点，设计了一种捷联惯导系统姿态算法，在圆锥补偿获得相同精度的情况下，它的计算量较少。同时，利用此特点，推导出利用前一圆锥补偿周期的角增量进行圆锥补偿的算法，提高了补偿精度。本文给出了仿真实验结果。本文为研制激光陀螺捷联惯导系统提供了一种高精度算法。

捷联惯导姿态算法中的圆锥误差与量化误差

对捷联惯导系统的误差源进行了研究,利用几何方法分析了不可交换性误差和量化误差的形成机理,以及它们的相互影响。针对工程应用中激光陀螺输出脉冲采样量化条件,就多子样算法进行了讨论,并设计了基于MATLAB/Simulink的仿真。研究结果表明,当考虑量化误差的影响时,选取适当的量化因子,三子样等效旋转矢量算法比其它算法具有更好的综合性能。

火箭弹大动态单轴平台惯导系统姿态算法

火箭弹在飞行中常采用滚转稳定的控制方式,其滚转角速度的动态范围很大,因此实时、准确地测量滚转角速度和滚转姿态角成为制导火箭弹控制的关键问题。大动态单轴平台惯导系统将IMU安装在沿滚转方向的稳定平台上,通过伺服电机驱动单轴平台相对于弹体反旋,隔离滚转方向的大动态角速度,为IMU提供平稳的测试环境。介绍了大动态单轴平台惯导系统的组成和功能,搭建了样机,推导了惯导姿态解算的数学模型。经过120 s半实物仿真试验,系统俯仰姿态角误差<4°,偏航姿态角误差<3°,滚转姿态角误差<25°,结果验证了整体方案的可行性和姿态解算模型的正确性。为进一步提高姿态解算精度,搭建单轴平台组合导航系统,实现全部导航信息的高精度测量打下了基础。

捷联惯导系统姿态算法比较

姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,解算姿态阵相当于建立起数学平台,其精度对捷联惯导系统的精度影响很大。该文就实际应用,对欧拉角法、方向余弦法、四元数算法、罗德利格参数法、优化旋转矢量算法及一种改进的递推旋转矢量算法做了分析,并在典型圆锥运动输入下,对后五种算法进行了仿真,为姿态算法的研究提供了参考。

一种改进的旋转矢量姿态算法

应用陀螺当前迭代周期内及前 2个迭代周期内的角增量输出 ,并根据在当前迭代周期内对陀螺仪采样的次数 ,提出了 3个新的航姿算法 ,分析了此算法在典型圆锥运动输入下的漂移误差 .与传统的旋转矢量法比较 ,新的算法比Miller’s算法精度高 3～ 4个数量级 ;对于单子样 ,新算法比Y .F .Jiang算法精度高约 3个数量级 ,对于双子样、三子样 ,新算法比Y .F .Jiang算法精度高2 0～ 30倍 。

激光捷联惯导系统角增量输入姿态算法

在对经典理想角增量输入的圆锥算法分析总结基础上,提出并推导了更为合适的经典角增量输入圆锥算法通式。在对经典理想角增量与实际工程滤波角增量的圆锥响应对比分析基础上,推导了滤波角增量输入圆锥补偿算法的补偿系数和误差主项通式。最后,利用文中讨论的理想角增量输入和滤波角增量输入圆锥补偿算法,结合激光陀螺惯性导航系统的频谱特性进行了大量的仿真验证。仿真结果表明,文中讨论的角增量圆锥算法有效,能显著提高激光陀螺捷联惯性导航系统的姿态精度。

地磁信息的旋转弹姿态算法研究

针对小口径高转速旋转弹姿态测量问题,提出了一种利用纯地磁组合信息获取旋转弹姿态的算法。通过参考坐标系的关系构建姿态变换矩阵,建立姿态角的数学模型,并设计相应的纯地磁姿态算法,利用仿真软件得到三轴地磁信号来进行姿态解算。结果表明,本姿态算法可以实时解算较高长时精度的姿态角,可以为常规旋转弹药制导化提供姿态信息。

捷联惯性导航系统的姿态算法

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 ,对一些传统算法进行了分析和研究 .由于以往各种算法过多过杂 ,不便于工程中选用 ,所以通过对传统的各种姿态算法的原理及数学形式进行归纳分析和研究 ,提出了通用的算法公式 .另外 ,还提出将剩余误差表示为采样时间与角振动频率乘积的幂次 ,并根据此幂次来评定圆锥补偿算法的精度的方法 .在此基础上 ,对所提出的通用姿态算法公式进行了误差分析 ,得到了关于算法精度和参数之间关系的一些结论 ,为其参数选择提供了选择标准 。

光纤陀螺捷联姿态算法的改进研究

传统的捷联姿态算法一般只采用陀螺角增量信号来进行设计,当应用于由输出为角速率的干涉型光纤陀螺构成的捷联姿态系统时,不仅在精度上存在局限,而且还由于通过角速率提取角增量而带来更大误差。因此,同时利用角速率及角增量信号,优化设计出一类新的旋转矢量姿态算法,给出了算法的圆锥误差表达式,并进行了仿真分析。结果表明,新的算法精度较传统算法有显著提高。

捷联惯导姿态算法的测试输入研究

总结了经典圆锥运动、广义圆锥运动、规则进动运动、随机角运动、温和环境等捷联姿态算法的测试输入及各自评价姿态算法性能的标准。推导出了不同频率的圆锥运动的角速率,并考查了其不可交换性误差特性,证明在此输入下算法的性能可以由经典圆锥运动来反映。提出了沿参考坐标系方向的圆锥运动,推导出了机体的角速率,并对其不可交换性误差进行了仿真研究。最后给出了在此输入下姿态算法的评价方法。沿参考坐标系方向的圆锥运动是一种新的更为普遍的测试输入。

一种改进的激光捷联旋转矢量姿态算法(英文)

激光陀螺最适合于构成捷联惯性导航系统 ,是当前捷联惯性导航系统的重要应用研究方向 ,其航姿算法精度对激光捷联惯性导航系统的精度影响很大。本文应用激光陀螺当前迭代周期内及前两个迭代周期内的角增量输出 ,并根据在一个迭代周期内对陀螺仪采样的次数 ,提出了三种新的航姿算法表达式 ,并分析了此算法在典型圆锥运动输入下的漂移误差。仿真结果表明与传统的旋转矢量法比较 ,该新算法具有较高的精度 ,为改进旋转矢量算法提供了一种新的思路。

高动态环境下的捷联惯导系统姿态算法的研究

捷联姿态算法性能的优劣直接影响捷联系统的导航精度,文中以精确弹药为应用对象,对高动态环境下的四元数的四阶-龙格库塔法和三子样旋转矢量法通过仿真进行了比较。以典型圆锥运动为输入信号,以圆锥漂移为检验算法的基准,应用simulink建立的仿真模型给出了姿态角误差仿真的结果,并对结果进行了分析。仿真结果表明,等效旋转矢量法对提高高动态环境下的导航精度更具有实用价值。

SINS系统姿态算法仿真

姿态算法是捷联惯导系统的关键部分之一在对传统三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法分析的基础上,提出了另一种更有效的四阶泰勒展开法,并在典型圆锥运动环境下,对3种算法进行了姿态角误差仿真分析,从运算精度与速度上考虑,得出四阶泰勒展开法比三阶泰勒展开法和四阶龙格-库塔法都更具优势,为姿态算法的研究提供了参考。

船用捷联惯导系统的姿态算法研究

本文研究了在船舶摇摆运动下的捷联惯导系统姿态算法问题，对于不同的采样周期，姿态误差不同的情况，得出了船用捷联系统应该采用等效转动矢量法消除不可交换性误差，以提高姿态精度的结论，仿真结果表明在不减小采样周期的前提下，等效转动矢量法能大大提高姿态精度。

基于非等间距采样输出的旋转矢量姿态算法

基于实际系统中陀螺的输出为非等间隔的角增量信号,重点研究了采样时刻的变化对捷联姿态算法的影响,并推导出旋转矢量三子样算法和二子样算法的通用表达式及其误差方程。传统的Miller算法已被证明是本算法的特例。研究发现,算法误差与由采样时刻构成的误差系数阵密切相关,Miller算法中的等间距采样使得该矩阵奇异,而改变采样间距可使其满秩,从而降低算法误差。然而对角增量输出的二子样算法而言,等间隔采样比非等间距采样具有更小的算法漂移。仿真及试验结果证明了本文的观点。

一种改进的扩展旋转矢量姿态算法

在分析扩展旋转矢量姿态算法的基础上,基于典型圆锥运动理论以及迭代算法的思想推导了一种面向四子样的改进扩展旋转矢量优化算法。给出了较为详细的算法推导过程和具体公式。为检验改进算法的有效性,先后采用传统的四元数法、扩展旋转矢量法以及改进算法,对载体的典型圆锥运动进行了计算机仿真研究。结果表明,该优化算法不仅改变了捷联惯性导航系统中陀螺子样的利用方式,而且提高了系统旋转矢量的计算精度以及姿态算法的实时性。

捷联惯导系统姿态算法研究

姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分 ,研究了一种新的递推补偿方法并在BorlandC语言环境下进行了仿真 。

一种角速率输入的捷联惯导姿态算法

为提高角速率输入的捷联惯导系统姿态解算圆锥补偿精度,给出一种新的角速率输入的圆锥补偿结构,该结构中引入了角速率拟合的角增量.然后在圆锥运动条件下推导出圆锥误差分析表达式,并采用频域泰勒方法进行圆锥误差补偿系数的优化设计.最后定义了圆锥运动环境下的姿态算法性能评价模型,并将新的姿态算法与传统算法通过仿真进行了对比分析.仿真结果表明,新的五子样算法的中低频规范化圆锥精度比传统五子样算法高出1个数量级以上,在圆锥运动环境下,增加子样数和提高采样频率能够显著提高新算法的性能优势.

基于新的圆锥补偿结构的姿态算法（英文）

提出基于一种新的圆锥补偿结构的捷联惯导姿态算法。与传统的姿态算法不同,新算法中同时引入了角速率和角增量用于圆锥补偿(适用于角速率输入或角速率和角增量同时输入)。基于所提出的圆锥误差补偿结构,引入时间泰勒方法进行圆锥误差补偿优化设计,并定义了两种性能评价模型,以分别用于一般圆锥和机动环境下的姿态算法性能评估。将新的姿态算法与传统角增量输入的姿态算法通过仿真进行了对比分析,结果表明,在相同的采样频率和姿态更新周期以及相同的圆锥和机动环境的条件下,新的五子样姿态算法的性能明显优于传统角增量输入的五子样姿态算法。