复杂城市环境下的全球导航卫星系统/捷联惯性导航系统组合导航算法

针对复杂城市环境下,全球导航卫星系统(GNSS)信号出现频繁短暂失锁或拒止时,对GNSS/捷联惯性导航系统(SINS)组合导航系统的导航精度和鲁棒性影响较大问题,该文提出一种改进的因子图滤波方法。首先使用GNSS接收机内部参数构建信号误差鉴别函数,能实时估计出信号受多径干扰、遮挡等情况下的信号测量性能;同时利用载体运动约束条件构造零速修正因子,对GNSS拒止情况下的系统状态进行更新,避免系统导航性能极速下降。实验结果表明,改进的因子图方法相比经典因子图方法,在城市复杂环境下能提高定位精度63.50%和测速精度42.26%,同时也具有更低的存储量和计算复杂度,特别适用于城市车辆辅助驾驶导航设备中,对导航精度、硬件资源和实时性约束强的场景。

激光捷联惯性导航系统动态锥动误差建模分析

提出了一种机抖激光陀螺的锥动误差参数建模与补偿方法。首先从机理上分析了锥动误差产生的原因,利用有限元分析方法给出了在不同外界角加速度输入下激光陀螺敏感轴的变形情况;建立了锥动误差的补偿模型,将锥动误差的影响用锥动误差系数表示,该系数仅和激光陀螺自身相关;设计了锥动误差系数的系统级标定方案,利用圆锥运动前后系统的姿态误差与锥动误差系数的关系完成参数标定。然后通过激光陀螺和光纤陀螺的圆锥运动实验,证明了锥动误差的存在;通过系统级的圆锥运动实验,证明了锥动误差的补偿效果。最后通过系统级的振动试验,验证了本文提出的锥动误差补偿方法能够有效地减小振动环境下系统的姿态和速度误差,对提升惯导系统在复杂力学环境下导航精度有着重要作用。

捷联惯性导航计算机系统架构发展综述

为了满足捷联导航计算机高精度、低成本、低功耗和小型化的要求,本文针对捷联导航计算机进行研究。首先介绍惯性导航的基本概念,引出捷联惯性导航计算机这一概念。然后简单分析了导航计算机的基本工作任务。再从硬件架构上分类列举了五类不同的硬件实现方式,并分析它们的优势和不足。最后对未来捷联导航计算机的发展进行了进一步展望。

捷联惯性测量组件测试数据处理方法的研究

对捷联惯性测量组件测试数据的处理方法进行了研究,在对测试数据进行分析的基础上,着重讨论了测试数据处理方法的选用。

激光陀螺捷联惯性导航系统中惯性器件误差补偿技术

为了提高激光捷联惯性导航系统的导航精度,对惯性器件误差进行了原理上的分析和说明,并针对由国内某型激光陀螺构成的惯性测量器件进行了误差分析.在此基础上建立了误差补偿的精确数学模型,提出了一种简易的且具有较高精度的误差模型参数静态标定方法,给出了计算误差模型参数的数学推导过程和解析表达式.分析结果表明,惯导系统误差主要由惯性器件测量误差引起,为了有效补偿惯导系统的系统误差,必须针对具体的惯性器件进行误差补偿.实际测试结果证明,该计算方法精度较高,可以有效提高惯导精度.

捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究

舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路,利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件,内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态,判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明,模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡,有效提高了捷联惯性航姿系统精度。

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。

基于捷联惯性导航的井下人员精确定位系统

针对目前井下人员无法精确定位的问题,根据人员移动速度慢、方向多变的特点,研究出基于捷联惯性导航技术的井下人员精确定位方法.通过选择灵敏度高的惯性传感器,检测人员运动的三轴加速度和角速度数据,通过角速度值计算人员运动的姿态角,利用姿态信息对加速度数据进行坐标变换,进而解算出载体在运动方向上的速度和相对于定位坐标系的移动里程信息,完成对载体的定位功能.针对传感器的随机误差影响定位精度的问题,提出利用UFK滤波算法对位置计算中需要的姿态信息进行最优估计,提高定位精度.对系统长时间积累误差使用射频路标修正.完成了定位系统软硬件设计,在试验中取得较好效果.

基于DSP的小型捷联惯性航姿系统研究

针对微小型应用场合,设计了基于DSP的导航计算机,成功构建了低成本小型捷联航姿系统。重点描述了DSP导航计算机的硬件设计思路,特别是“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)”的特殊的主从式双CPU结构。扼要介绍了系统软件的框架结构。实验表明:基于DSP的捷联惯性航姿系统,性能稳定、达到了设计精度,降低了成本,成功的实现了系统的小型化。导航计算机体积仅为65×80×10,对导航系统在小型化领域推广应用具有实际意义。

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。

捷联惯性导航系统误差模型综述

不同的捷联惯性导航系统误差模型主要由误差的数学定义形式及误差的参考坐标系决定。在详细讨论了捷联惯性导航系统的误差模型在相同的参考坐标系下不同的数学形式时的误差方程,以及相同的数学形式下不同参考坐标系时误差模型间数学关系的基础上,推导了乘性四元数误差之间和旋转矢量误差之间的关系,并给出了在应用不同误差模型时的注意事项。

基于捷联惯性系统的轨道长波不平顺检测

将航空航天飞行器制导中的捷联惯性系统应用于轨道长波不平顺的检测。利用四阶龙格-库塔法求解四元素姿态矩阵微分方程;采用积分滤波器对加速度信号进行二次积分,从而实时获取物体的运动轨迹。为提高系统的稳定性和抗噪性,在积分前利用小波变换对加速度信号进行去噪处理。最后采用XW-IMU5250惯性测量单元实测一个物体的运动,得到了物体精确的运动轨迹,通过对比不同时期测量结果即可得到轨道的长波不平顺信息。

激光捷联惯性组件精确标定方法研究

建立激光捷联惯性组件(SIMU)的输出模型;研究双轴位置转台下高精度激光SIMU的多位置标定方法,通过正、反向转动和四位置对消标定出激光陀螺的脉冲当量、安装偏差和常值漂移;应用多元回归分析法标定出加速度计的脉冲当量、安装偏差和零偏;分析了地球自转角速率、转台角位置基准偏差对陀螺标定的影响;阐述了提高陀螺组件标定精度的方法。对某型激光SIMU(陀螺漂移稳定性0.007°/h,加速度计零漂5×10-5g)进行标定与实时补偿,静态导航1 h最大纬度误差0.13海里(n mile),经度误差0.24海里(n mile);动态车载实验1 h定位误差0.7723海里(CEP)。

R-T-S平滑算法在捷联惯性异航系统初始对准精度事后评估中的应用

捷联惯性导航系统(SINS)通常采用Kalman滤波实现初始对准.由于R-T-S最优固定区间平滑算法的精度比Kalman滤波高,采用R-T-S最优平滑算法通过事后处理SINS对准数据来计算SINS的失准角,作为参考失准角,对SINS初始对准的精度进行事后评估.以船用SINS为例进行了仿真.结果表明,R-T-S最优平滑算法的精度比Kalman滤波精度高,从而说明利用R-T-S平滑算法对SINS初始对准精度进行事后评估是可行的.

H_∞滤波技术在捷联惯性系统在线校正中的应用

在运载体有机动时,卡尔曼滤波器会导致捷联惯性系统(SIS)产生大的机动误差。计算机仿真结果表明,用H滤波器代替卡尔曼滤波器对SIS的状态变量进行估计后,能有效降低SIS的机动误差,提高系统的精度。

捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差。该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础。基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果。仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿。将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度。

重力辅助阻尼捷联惯性导航系统

在基于扩展卡尔曼滤波的重力辅助捷联惯性导航系统中,滤波器的状态方程为捷联惯性导航系统的误差方程。舒勒周期振荡误差存在于无阻尼捷联惯性导航系统中,同时也存在于滤波器的状态方程之中,从而对滤波器的估计精度造成一定影响。为了消除滤波器状态方程中的舒勒周期振荡误差,设计捷联惯性导航系统工作于外水平阻尼状态,建立阻尼状态下的扩展卡尔曼滤波器状态方程以及重力异常观测方程。试验表明重力辅助阻尼捷联惯性导航系统96 h的定位精度优于0.5 nmile。

捷联惯性导航、制导系统中方向余弦矩阵的递推算法

数十年来,四元数及其解法成功地应用于捷联惯性导航和制导系统中,成为经典的算法。它定义了从导航坐标系到飞行器体坐标系的四元数,然后给出四元数更新方程,再根据实时确定的四元数求出体系到导航坐标系的方向余弦矩阵,以便将测得的体系的视速度增量转换到导航系。从制导和导航角度看,上述方向余弦矩阵是必不可少的,而四元数却是中间变量,因此,本文跨越了四元数及其算法,根据方向余弦矩阵微分方程直接导出方向余弦矩阵的更新递推公式。数学仿真表明该算法的精度与四元数算法接近,但它具有更容易理解、计算量小、编程简单等优点,可以代替四元数方法。

捷联惯性测量组合快速位置标定

根据捷联惯性测量组合的测量误差数学模型,分析了在进行位置标定时地球自转角速度对惯性测量组合的陀螺仪和加速度计输出的影响。对惯性测量组合不同位置下的输出公式进行运算,抵消掉了含有方向的量,得出了捷联惯性测量组合的误差参数,从而提出了1种使用数据处理方法无需精确对北的快速位置标定法。实际标定实验表明:应用该方法可以缩短测试时间,降低测试成本。

一种激光陀螺捷联惯性导航系统级标定方法

为优化激光捷联惯性导航在卧式三轴转台上的系统级标定方案,设计了卧式三轴转台外环轴整周旋转对惯性测量单元(IMU)误差参数的激励方法。基于捷联惯性导航的误差方程,阐述了速度误差与IMU误差参数间的关系,从而建立IMU系统级标定模型。该模型具有加速度计误差参数仅反应在观测量北向分量、陀螺误差参数仅反应在观测量东向分量的特点,消除了加速度计和陀螺误差参数标定误差的相互影响。根据准D最优准则,设计了正二十面体12点计划的双轴位置单轴速率翻滚法,利用最小二乘法辨识出IMU的24项误差参数。通过给加速度计和陀螺加入不同测量噪声,对IMU标定模型进行仿真,结果表明该方法可抑制加速度计和陀螺的测量噪声对标定结果的影响。