基于逆向导航算法的捷联式惯性导航系统改进优化对准方法

快速性和精度是捷联式惯性导航系统动基座初始对准的重要指标。优化对准方法(OAM)在短时间内难以获取足够多的观测信息,导致对准性能降低。针对此问题,提出一种基于逆向导航算法的改进动基座初始粗对准(IMCA)方法。通过逆向导航算法对存储的陀螺仪和加速度计数据进行虚拟延长并加以反复利用,扩展积分区间长度,以构建新的观测矢量、实现对准精度的提升。推导了载体坐标系下的OAM,分析了观测矢量包含的信息量对姿态确定精度的影响。基于车载实测数据,分别利用OAM和IMCA方法进行动基座初始对准试验,结果表明:相比于OAM,IMCA方法可在相同条件下实现更高精度的初始对准;IMCA方法应用在载体坐标系下动基座初始对准中是可行、有效的。

基于逆向导航算法的捷联惯导/转速计组合对准方法

转速计因其价格低廉,且能够测得自主式水下航行器(AUV)在高速航行过程中相对周围海水的轴向速度,从而成为捷联惯导系统(SINS)在行进对准过程中的辅助设备。基于此,文中提出一种SINS与转速计组合的方法。利用转速计的量测数据对惯性传感器采集的信息加以修正,并利用逆向解算的思想,对系统获取的数据信息进行正逆向交替处理。通过增加对准阶段采样数据的处理次数,进而提高系统的对准精度和性能。仿真结果表明,在捷联惯导与转速计组合方式下,既可实现快速对准,同时可以满足对准精度的需要。该方法在AUV编队队形、多航行器的协同任务与地形勘探以及海图绘制中具有重要的参考价值。

基于正逆向导航解算的捷联罗经动基座对准研究

针对基于正逆向导航解算的捷联罗经动基座对准实时性弱的问题,基于姿态补偿对准方法,采用一次性姿态补偿和接续姿态更新两种补偿方法设计了一种新的算法,并进行了仿真试验。通过仿真试验验证,全循环法和半循环法均能在同等参数和时间条件下提高对准精度,对比常规捷联罗经对准方法,缩短了对准时间。针对粗对准误差过大导致精对准时间延长的问题,提出了正逆向二级变参数配置方法,减少了对准时间。

基于逆向导航的捷联自对准技术研究

针对常规自对准中数据挖掘不充分问题,提出了一种基于逆向导航的捷联自对准方法。该方法首先对粗对准阶段的惯组数据进行存储,然后利用逆向导航算法,实现了存储数据的二次利用,最后采用卡尔曼滤波完成精对准。仿真表明,与常规自对准方法相比,新方法提高了惯组数据的利用率,缩短了对准时间。

基于逆向导航解算和数据融合的SINS传递对准方法

提出两种观点:1)可以使用一段惯性传感器数据完成捷联惯性导航系统(SINS)的初始对准;2)通过在数据融合中加入逆向—正向SINS解算结果和外部参考数据,可以缩短传感器误差的估计时间。基于以上两观点,旨在不改变卡尔曼滤波器的情况下,短时间内估计陀螺漂移的一种快速传递对准的方法。在一个参考数据更新周期内,储存了惯性传感器数据和参考数据,并且执行了逆向—正向捷联解算。与此同时,当相应的捷联解算结束后,执行数据融合算法。在上述的更新周期内,由于加入逆向—正向捷联解算,陀螺漂移估计操作增加了两次并且缩短了其估计时间。在舰船晃动的情况下,实验表明:与经典的方法相比,当两种方法的数据融合执行次数相等时,提出的方法缩短了对准时间,对准时间从300 s缩短到100 s;当对准时间相等时,方案1的纵摇、横摇和航向对准误差的均值分别为?0.6638、?0.5896、0.3941,其方差分别为1.0736、0.4629、2.1697,而方案2对应的均值和方差分别为?0.4632、?0.5026、0.3375和0.8828、0.3876、1.7289。由此可知,方案2的对准精度高于方案1。

一种基于逆向导航的双轴旋转惯导系统自标定方法

针对惯导系统高精度自标定的需求,提出了一种基于逆向导航的双轴旋转惯导系统自标定方法。通过转位运动对系统误差进行激励,利用Kalman滤波器进行误差估计,同时存储标定数据,待正向导航滤波结束后,利用逆向导航算法对存储数据二次利用,继续进行误差估计,直到所有状态量收敛到一定精度,实现了对数据的充分挖掘。仿真和试验结果表明,该方法可以实现对双轴旋转惯导系统的全参数自标定,提高了标定精度。

机器人导航辅助下逆向钻孔术治疗距骨软骨损伤的疗效分析

目的探讨机器人导航辅助下逆向钻孔术治疗距骨软骨损伤(osteochondral lesions of talus,OCLT)的疗效。方法回顾性分析2021年10月至2023年4月在深圳市第二人民医院足踝外科采用机器人导航辅助下逆向钻孔术治疗的10例OCLT患者资料,男9例,女1例,平均年龄32岁。分析比较患者术前和术后的CT及MRI下的OCLT病灶面积、视觉模拟评分法(visual analogue scale,VAS)评分、美国足踝外科协会(American Orthopedic Foot and Ankle Society,AOFAS)踝-后足评分。结果术后随访时间3~18个月,10例患者均获得平均8个月的随访,随访过程中无患者出现关节感染、神经损伤、活动性出血等并发症,术后3个月CT及MRI显示所有患者均未出现距骨骨质局部坏死、骨溶解或骨囊性变等严重征象,且病灶面积均显著小于术前,差异有统计学意义(P<0.01)。末次随访时VAS评分为3分,AOFAS评分为88.6分,较术前显著改善,差异有统计学意义(P<0.01)。结论采用机器人导航辅助下逆行钻孔术治疗距骨软骨损伤的疗效显著,且并发症少,软骨修复较常规微骨折恢复快,手术安全微创,手术时间显著减少。

一种提高导航精度的改进滤波方法

卡尔曼滤波技术是目前GPS/IMU组合导航中应用最广的误差估计关键技术之一。本文在捷联式惯导系统正向导航滤波算法与逆向导航滤波算法基础之上,提出一种将二者有机结合的组合滤波算法,用于事后IMU/GPS联合解算中,以提高组合导航的精度,并通过实际的机载飞行试验数据解算结果验证该方法的可行性。组合滤波后的位置精度达到厘米级,速度误差小于0.02 m/s,航向角精度约为0.2°。

一种单轴旋转捷联惯导系统高精度快速对准方法

在晃动条件下,需要延长粗对准时间来提高粗对准精度。否则,无法把方位误差控制在小角度范围内,从而导致后续的精对准无法快速收敛。针对这个问题,提出了一种利用逆向导航技术的单轴旋转捷联惯导系统高精度快速对准方法,最大限度地延长粗对准时间,并把采样数据存储下来,进行逆向精对准。这种算法充分地利用了对准数据,在固定对准时间内极大程度的提高了对准精度。试验证明,这种算法计算量小,算法简单,能实现单轴旋转捷联惯导系统高精度快速对准,且对准精度高,具有一定的工程应用价值。

捷联惯导系统中卡尔曼滤波的应用研究

为提高捷联惯导系统初始对准精度,提出将卡尔曼滤波技术应用于系统初始精对准,用以估计系统的失准角和惯性误差;对卡尔曼滤波技术在捷联惯导系统中的应用进行分析,建立捷联惯导系统初始对准误差模型和卡尔曼滤波量测方程;分析不同条件下不同滤波方法的滤波原理和滤波精度;在此基础上,提出一种将预测扩展卡尔曼滤波应用于逆向导航技术的思路,并进行了理论分析和捷联惯导系统自对准流程设计,为后续进一步深入开展惯导系统初始对准奠定基础。

一种基于实时再处理技术的SINS初始对准算法

为了提高捷联惯导系统初始对准精度,减少对准时间,提出了一种优化的基于实时再处理技术的初始对准方法。在导航计算机存储容量足够大并且计算能力足够强的条件下,通过两路独立的导航解算,一路用作实时的对准导航,另一路对存储的数据进行再次处理,提高了采样数据的利用率。与传统对准方法相比较,该方法可以在较短的时间内取得同等的精度,或者在相同的对准时间内取得更高的对准精度。计算机仿真以及车载试验结果表明采用该初始对准方法可以有效地实现惯导系统短时间高精度初始对准。

严格逆向过程的捷联惯导快速回溯对准

回溯对准是利用高性能计算机反复进行正向和逆向导航解算来实现惯导系统的初始对准。对捷联惯导系统回溯参数辨识对准技术进行了研究,首次将严格逆向过程用在常规回溯对准中,其逆向过程不采用常规的近似解算,而是严格由正向过程的终点递推至起点,这可有效缩短惯导姿态失准角的估计时间,从而可相应提高捷联惯导在相同对准精度下的对准速度。最后,利用光纤陀螺捷联惯导系统进行了离线对准试验。结果表明,该对准方法的对准时间比常规回溯对准法缩短了1/3以上,证明了该对准方法的正确性、可行性。