基于地轴矢量解算的SINS无纬度支持自对准方法

针对无纬度条件下SINS初始对准问题,提出了一种基于地轴矢量解算的对准方法。在静止基座下,利用陀螺仪敏感地轴矢量,直接建立导航系轴向矢量在载体系的正交投影,解析式确定姿态矩阵;晃动基座条件下,根据惯性系重力矢量观测,构建以地轴矢量为旋转轴的两组等角旋转矢量序列,利用QUEST算法求解旋转四元数实现对地轴矢量的优化解算,并以此建立导航系轴向矢量的载体惯性系投影,最后利用陀螺跟踪载体系相对惯性系的变化,确定载体系相对导航系的姿态关系。静止基座解算实验表明直接解析式对准与传统的解析式对准精度相当,但解算效率得到了提高;晃动基座仿真与船载实验均表明基于四元数的地轴矢量优化解算在精度上要优于三矢量几何解算方法,引入低通滤波环节后,对准精度进一步提高。

DVL辅助的无人水下航行器回溯式无纬度运动对准方法

针对无人水下航行器需要精确的姿态信息而位置信息无法获得或无需提供的应用场景,提出一种多普勒测速仪(DVL)速度辅助的无纬度回溯运动对准方法。在粗对准阶段,通过对惯性系视速度矢量拟合粗略估计惯性导航系统(INS)的姿态矩阵和纬度信息,并完成惯性传感器数据的抽取和存储;在精对准阶段,重复利用粗对准阶段的存储数据完成INS/DVL卡尔曼滤波精对准。采用数据压缩存储和正向回溯导航技术,减小了存储空间和计算量,等效缩短了对准时间。船载实验表明,算法可在初始纬度未知条件下10min完成行进间对准,航向精度达0.085°,与纬度已知的传统对准方法精度相当。

基于重力视运动的SINS对准优化算法

针对无纬度条件下捷联惯导晃动基座对准问题,为提升航向角对准精度,提出了一种基于重力视运动的对准优化算法。通过小波去噪与重力观测矢量重构降低线振动与惯性器件随机噪声的影响。并提出了一种基于梯度下降的地轴矢量确定算法,对观测信息进行了充分利用,且最大限度地遍历了重力观测矢量组之间的夹角,使地轴矢量解算更为精确。仿真测试表明,基于梯度下降的地轴矢量解算优于现有的QUEST解算方法,使重力视运动对准具有更高的航向角对准精度与稳定性,且短时间对准时优势更为明显。通过三轴转台测试进一步验证了该方法的有效性。