基于图优化的激光惯导紧耦合SLAM研究

现有的激光惯导里程计大多采用滤波的松耦合融合方法,在大场景建图中会存在一定的运动估计漂移,导致定位与建图精度降低。针对这一问题提出了一种基于图优化的激光惯导紧耦合里程计与建图方法。在前端依次进行点云畸变补偿、点云聚类分割、地面与特征提取。在后端采用图优化方法融合IMU预积分、激光里程计和回环检测信息完成地图构建。最后利用Kitti数据集和自采集数据对LOAM、LeGO-LOAM和本文方法在里程计精度和回环检测效果上进行了对比分析。实验结果表明本文方法在定位与建图精度上相比于LOAM和LeGO-LOAM分别提高了45%和35%以上,有着更优的鲁棒性。

自适应算法在单轴激光惯导初始对准中的应用

针对传统的卡尔曼滤波在单轴旋转激光惯导动基座初始对准中当系统噪声和量测噪声未知时,会导致滤波精度下降甚至发散的问题,设计了简化Sage-Husa自适应滤波算法,建立了动基座条件下的单轴旋转激光捷联惯导的误差方程,利用设计的算法进行了仿真,结果表明在误差模型较大时,自适应滤波算法可以很好的提高滤波精度和稳定性。

激光惯导系统凝固坐标系粗对准方法

激光惯导系统早已成为北约各国海军舰艇的主流装备,我国海军也将激光惯导系统作为舰艇惯导系统的主要发展方向之一。由于舰艇运动环境的干扰,惯导系统经常处于动基座下完成对准,这对对准方法提出很高的要求。本文在国内外学者研究成果的基础上,推导基于凝固坐标系的粗对准算法,并利用国内50型激光陀螺惯导系统进行验证。试验结果表明,该方法能够有效隔离载体的动态干扰,系统冷启动进行3 min粗对准转入纯惯性导航,1h定位精度达0.7 nm,证明该方法作为动基座惯导系统粗对准方案的可行性。

单轴旋转对船用激光惯导系统定位误差的影响

激光惯导旋转调制技术是一种自校正方法,其补偿手段是在不依赖外部导航信息的前提下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差。该旋转调制技术已经在国外舰船型号上成功应用,通过对陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、标度因数误差等因素在单轴旋转下的调制情况进行了研究。系统设计中,通过计算机仿真分析了系统在旋转和非旋转情况下各误差因素对系统定位误差的影响。仿真表明,采用单轴旋转调制技术能够抑制长期的定位误差发散,在角运动状态下旋转系统能比无旋转系统保持更好的姿态精度。

机载双轴旋转调制激光惯导系统误差特性及关键技术分析

在未来作战环境下,长航时远程作战飞机对全自主长航时高精度导航系统提出了迫切的需求,对提高作战能力起着重要作用。对比各种导航手段,其中双轴旋转调制激光惯导系统是目前唯一一种可行的全天候全自主高精度导航手段,从双轴旋转调制惯导系统的原理出发,对双轴旋转调制激光惯导系统机载应用的误差特性及关键技术进行深入分析,结果表明:对于1n mile/12h的导航精度,双轴旋转调制惯导系统较捷联惯导系统对陀螺漂移精度要求降低一个数量级,关键技术实现方案合理可行。

基于自适应参数整定的激光惯导信号发生器控制系统

针对当前系统输出的激光惯导信号频率与输入频率之间存在较大误差,且系统响应时间较长的问题,提出并设计了基于自适应参数整定的激光惯导信号发生器控制系统,激光惯导信号发生器控制系统结构框架主要包括系统STC12LE5A56S2单片机、系统DDS芯片、系统低通滤波器、激光惯导信号放大电路、系统键盘、系统客户端显示器以及PC上位机;在系统结构框架设计基础上对各个功能模块进行了设计,同时根据遗传算法的优点,对系统控制器进行设计,给出了系统参数调整工作流程,实现了激光惯导信号发生器控制。实验测试结果表明,设计系统改善了当前方法存在的缺点和不足,能够输出波形稳定、失真度较小的波形,且具有相对误差较小,实时性较好的优点。

基于可观测性分析的单轴激光惯导初始对准方法研究

在单轴旋转激光惯导系统中,采用奇异值分解的方法对系统进行可观测性分析,得出在初始对准过程中方位失准角的可观测度相对水平失准角较低,估计速度较慢,影响整个系统的初始对准速度。针对这一问题采用水平失准角的稳态估计值去估计方位失准角的方法。仿真结果表明:该方法可以有效提高方位失准角的估计速度。

舰艇激光惯导冲击隔离器技术研究

冲击隔离器除用于承载惯性测量组件,其主要作用是吸收消耗外界冲击传递到设备上的能量,减小载荷安装基面的振动强度,保证激光惯导的导航技术指标。论文对六连杆冲击隔离器技术进行研究,该冲击隔离器采用并联平台的机构形式。经过对冲击隔离器进行建模、仿真分析及试验验证,结果表明该技术实现了舰艇激光惯导对冲击隔离器的要求。

旋转调制式激光惯导系统综述

对激光惯导系统导航精度提高方法进行了分析,认为旋转调制技术是提高激光惯导系统长航时导航精度的一种有效可行的方法,并对旋转调制技术国外发展现状、技术原理、工程实现方案及关键技术进行了阐述。

考虑洋流速度的激光惯导/里程仪标定方法

在船载试验环境中,电磁里程仪的速度会受到洋流速度的影响。对于激光惯导/里程仪组合导航系统,洋流速度的存在会影响组合导航系统相关参数的标定。为克服洋流速度对标定结果的影响,论文在原有标定参数基础上将洋流速度建模为额外Kalman滤波状态量,并采用GNSS位置、速度信息作为滤波观测量来对参数进行估计。文中从里程仪的标定观测方程出发,分析了洋流速度对里程仪比例因子、安装误差角等误差参数标定结果的影响,以及不同误差参数之间的耦合关系;基于可观性分析理论研究了洋流速度及相关参数的可观测性,并确定了适用于洋流速度估计的标定路径。仿真及试验结果表明,经过几次转弯机动之后,包括洋流速度在内的所有标定参数均可收敛到一个准确值,有效解决了洋流速度对其他标定参数的影响。海试试验验证了文中方法的可行性。

长航时激光惯导定位误差的补偿方法研究

针对激光惯导长时间航行时定位误差发散的问题,提出了一种适用于激光惯导定位误差综合补偿的方法。引入经典的误差方程和旋转激光陀螺的误差方程,主要分析陀螺漂移对惯导系统的影响,根据分析结论,提出了基于外部位置和航向信息的长航时激光惯导定位误差的补偿方法。理论和实验分析表明,所提出的补偿方法明显的抑制了激光惯导的误差随时间的积累,可有效提高长航时激光惯导的定位精度。

激光捷联惯导减振系统设计与应用

针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。分析激光惯导的振动模型,结合对比原有惯导减振系统提出双层减振。在对双层减振系统的分析中,把整个安装支架作为减振系统的一部分,充分考虑弹载设备的可安装性,应用有限元法设计出动态性能良好的安装支架和减振器来改善减振效果。通过地面大量振动试验的验证以及反复对支架和减振器参数的优化设计,使得新构建的减振系统的谐振频率避开激光陀螺的机抖频率以及其它需要减振的频率段,减振效果达到了预期的设计要求,可以在飞行器上使用。

弹载激光陀螺惯导系统安装支架设计

以某型号武器控制系统使用激光陀螺的任务为背景,针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。通过双自由度分析法以及振动试验,指出原安装板刚性不足,导致谐振频率出现在激光陀螺的机抖频率附近以及其它需要减振的频率段,这些成为导航误差偏大的主要原因。把安装支架作为减振系统的一部分,应用有限元动态优化法设计出刚性增强的安装板和动态结构性能良好的安装支架来改善减振效果。经地面振动试验验证,新构建的减振系统的减振效果达到预期的设计要求,在国内战术武器激光陀螺应用方面取得很大进展,可以在飞行器上使用。

基于里程计的车载单轴激光惯导组合导航技术研究

里程计标度因数受载车负载、轮胎变形、气压、温度等外部条件影响,在与激光惯导组合时易使定位误差发散。为解决此问题,建立了高阶卡尔曼滤波器,通过实时估计里程计标度因子误差及其安装误差,并进行补偿,大幅度提高组合导航精度。利用现有设备,进行了跑车测试,路面包括市区道路、一般国道、高速公路、泥石路等各种复杂路面条件,与目前常用组合导航方法相比,技术指标大幅度提高,一般定位导航误差最大值在30m以内,可以较好满足载车对高精度导航的实时需求。

基于逐步回归分析的激光惯导温度补偿研究

针对激光陀螺惯导的温度补偿,将影响激光陀螺零偏的各种可能的变量作为零偏补偿的状态变量,利用逐步回归分析方法,挑选出对零偏贡献较大的显著变量,建立精准的数学物理模型,并对实测的激光陀螺进行温度补偿建模。结果表明,温度变化率以及与温度的交叉积对温度补偿模型的影响不显著,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,提高了陀螺的精度。

双轴调制激光惯导系统组合点校技术研究

针对双轴调制激光惯导系统(D-INS)导航误差随时间发散的问题,提出了一种D-INS组合点校技术,利用多普勒计程仪的对地速度信息进行D-INS速度误差量测,基于最优估计理论完成D-INS姿态误差的估计与补偿,根据卫星导航系统的单点精确位置信息对D-INS位置误差进行校正,实现D-INS导航误差重调的同时有效抑制陀螺角随机游走引起的积累震荡误差,克服了现有两点校正误差重调技术需外界提供间隔特定时间的两点精确位置信息的使用限制。试验结果表明,利用该技术进行D-INS误差重调,可以实现系统一个自主导航周期的导航误差减小为相同条件下单点位置校正的50%,有效提高了系统长航时导航精度。

一种激光捷联惯导高精度实时测姿方法研究

提出一种激光捷联惯导的高精度实时测姿方法。采用复合滤波器同时实现对准精度高和导航姿态延时小的需求;通过FPGA精确测量同步脉冲与姿态更新时刻的动态时间差;通过Kalman滤波器对姿态角进行观测,估计出角速度和角加速度,并应用最小二乘法对其拟合,对滤波器固有滞后时间和同步时间差导致的姿态误差进行实时跟踪预测。在高精度双轴转台上进行动态试验测试,实验结果表明惯导实时姿态误差不超过15″。

基于变结构控制的旋转调制激光惯导伺服控制系统设计

调制转台的到位精度以及速度平稳性直接影响舰载旋转调制激光陀螺惯性导航系统的导航定位精度。摩擦会使调制转台产生极限环现象,进而严重影响调制转台的到位精度以及速度平稳度。针对上述问题,基于变结构控制策略设计了旋转调制激光陀螺惯性导航系统旋转调制转台伺服控制系统,可以有效克服由于摩擦、未建模误差以及电机力矩波动产生的极限环现象。仿真结果表明,存在摩擦、未建模误差等外界干扰的条件下,调制转台的到位精度以及速度平稳度均能得到较为满意的结果。

一种激光陀螺惯导仪表信号采集电路设计

在激光惯导系统设计中,惯导仪表信号采集电路需要具备高精度采集惯性仪表信号和体积小的特点。介绍了一种简单且精度高、体积小的信号采集电路设计方法,该方法采用FPGA对激光陀螺输出信号进行采集和FIR滤波,采用I/F电路对石英挠性加速度计输出的电流信号进行转换,利用FPGA进行可逆计数从而转变为加速度计信号值。详细介绍了惯导仪表信号采集电路硬件和软件设计过程,包括I/F电路设计、FIR低通滤波器设计等,最后通过试验验证设计的正确性。

转台角位置基准误差对激光捷联惯导标定的影响分析

研究了利用三轴转台标定时,转台角位置基准误差对激光捷联惯导系统标定精度的影响。从理论上推导了转台角位置基准误差与激光捷联惯导系统标定结果之间的数学关系,得到以下结论:北向以及水平基准误差对陀螺仪零偏与标度因数的标定影响较小,对陀螺安装误差系数的标定影响较大,当误差角为1°时,标定误差将达到0.33×10-3(′/s)/P;北向基准误差对加速度计标定结果的影响很小,而水平基准误差对加速度计的标定影响较大。仿真与标定实验均验证了理论分析的正确性,因此标定实验前转台的调平、对北工作是必不可少的。