一种基于速度加比力匹配的传递对准时间延迟补偿算法

传递对准过程中,由于主惯导的传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟影响较大。分析了时间延迟对速度加比力匹配传递对准算法的影响,并用扩增状态量的方法对该算法时间延迟进行建模和补偿。仿真结果表明,对准过程中当舰船处于匀速运动状态,时间延迟几乎不会影响对准性能;当舰船进行加速运动或S形机动运动时,时间延迟会严重影响对准性能,通过补偿可以有效地减少时间延迟对于该算法的影响。

舰载角速度匹配传递对准方法研究

为了提高舰载局部捷联惯导系统的导航精度,希望能够在传递对准过程中,对船体甲板变形进行估计,对惯性器件的某些误差进行标定,并进行补偿。作为参数匹配传递对准方法之一的角速度匹配法为此提供了可能。文中对角速度匹配法中的三种不同海况下的系统状态可观测性进行了详细的分析,并对船体甲板变形和陀螺漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析。研究结果表明,这一方法具有较好的对准精度和快速性,但具体情况随船体的运动情况而不同。

舰载姿态加角速度匹配传递对准方法研究

用于传递对准的测量参数匹配法极大地受限于舰船所处海况,为解决这一问题,提出了姿态加角速度匹配法。在三种典型的海况下,对这一传递对准方法中舰船甲板变形和陀螺常值漂移进行了KALMAN滤波估计及精度分析,并对陀螺漂移标定的可行性进行了深入的分析。研究结果表明,姿态加角速度匹配法具有稳健的对准精度和快速性,陀螺漂移的标定依赖于舰船甲板动态变形的大小。

H_∞次优滤波在速度姿态匹配传递对准中的应用

针对速度+姿态匹配传递对准中量测中的不确定性干扰,采用H∞滤波方法进行速度+姿态匹配传递对准。并与卡尔曼滤波进行了比较,仿真结果表明,当系统噪声和量测噪声为白噪声时,卡尔曼滤波器和H∞滤波器均有效,而且卡尔曼滤波器优于H∞滤波器。但是,当系统噪声与量测噪声为有色噪声并且存在建模误差时,卡尔曼滤波收敛速度明显低于H∞滤波的收敛速度。H∞滤波更符合工程应用的实际情况,因而H∞滤波是一种非常有效的估计方法。

基准信息时间延迟对速度匹配传递对准性能的影响分析

传递对准过程中,由于主惯导的解算和传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟较大。采用捷联惯导速度匹配传递对准,仿真分析了舰船几种典型运动状态下基准信息时间延迟对姿态误差角、陀螺漂移、加速度计零偏估计效果的影响。仿真结果表明,对准过程中舰船匀速和匀加速运动,基准信息延迟几乎不会影响对准性能;对准过程中舰船变加速直线运动,加速度变化时基准信息延迟影响卡尔曼滤波器估计精度,速度稳定后,影响会慢慢减小;对准过程中舰船进行转弯和大规模的机动运动,基准信息延迟会严重影响速度匹配传递对准性能,方位误差角估计误差达到10′左右,陀螺漂移和加速度计零偏的估计时间和精度显著下降。

一种更精确的带有杆臂补偿的速度加姿态匹配传递对准模型

针对捷联惯导系统的传递对准问题,提出了一种更精确的带有杆臂补偿和速度差乘积项的速度加姿态匹配的传递对准模型。对准模型中增加杆臂补偿项提高了系统的稳态精度;增加速度差乘积项改善了系统的动态响应,加快了滤波器收敛速度。采用"摇摆机动"的飞行轨迹,对传递对准滤波器进行了仿真;仿真结果证明了传递对准模型的有效性。

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。

H_∞次优滤波在角速度匹配传递对准中的应用

角速度匹配传递对准的量测量是主惯导的高精度陀螺测量信息与子惯导的陀螺测量信息之差,将角速度匹配传递对准的量测量送入卡尔曼滤波器进行信息融合,以获得导航系统误差的最优估计值。通过对角速度匹配传递对准的系统状态模型和量测模型的构建与分析,在将机翼弹性变形等干扰项为有色噪声时,采用H_∞次优滤波的角速度匹配传递对准方式估计弹体的安装误差角与姿态失准角,从而实现机载导弹武器系统的快速传递对准。仿真结果表明,基于H_∞次优滤波的角速度匹配传递对准,能有效抑制实际应用中弹体的机翼弹性变形等外界不确定噪声的干扰,在确保传递对准鲁棒性能的同时,可以获得良好的快速性能和滤波精度。因此,作为一种空中飞行的对准方法,采用H_∞次优滤波将干扰项作为有色噪声应用于角速度匹配传递对准更符合工程应用的实际情况。

传递对准中主惯导速度匹配量的实时构造算法

研究了当机载主惯导和弹载子惯导分别采用地理坐标系和准惯性坐标系作为导航坐标系时 ,传递对准过程中主惯导速度匹配量的实时构造算法。提出了利用主惯导导航参数实时构造主惯导速度匹配量的地速转换和修正算法 ,利用主惯导加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分算法 ,以及利用主惯导导航参数和加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分修正算法。仿真结果表明 。

一种基于速度加姿态匹配传递对准的稳瞄稳向方法

针对战车稳瞄稳向系统中单一惯性测量组合(IMU)组建的姿态测量系统初始对准时间较长,测量精度随惯性器件漂移影响较大的问题,提出了基于速度加姿态匹配传递对准的稳瞄稳向方法。仿真结果表明,提出的新方法可在10s内实现光电设备IMU的初始对准,并且能准确估计出光电设备IMU计算平台失准角。将结果用于解算姿态角的补偿,可大大提高稳瞄稳向精度。

“速度积分”匹配传递对准方法研究

传递对准时,飞机机翼的弹性变形会对挂在机翼上导弹的子惯导系统的对准精度产生很大的影响。本文研究了"速度积分"匹配传递对准方法,通过与速度匹配和"速度+姿态"匹配方法的仿真结果进行比较得出以下结论:"速度积分"匹配方法比速度匹配和"速度+姿态"匹配方法更适用于机翼存在较大弹性变形时的传递对准。另外,此种方法对由时间延迟所引起的时间标记偏差也有比较好的估计效果。

角速度匹配在机载武器传递对准中的应用

直升机与固定翼飞机相比,主惯导类型、精度、机翼变化及机动模式均不相同,这些对传递对准的精度产生很大影响,目前对其研究较少。文中基于工程需要,针对直升机主惯导采用捷联惯导的特点,提出了采用角速度匹配传递对准方案,推导了系统的状态方程和量测方程,采用奇异值分解法(SVD)对其进行了可观测性和可观测度分析。数字仿真结果表明角速度匹配直升机机载武器传递对准是较好的一种方案,为该方案的实际应用奠定了一定的理论基础。

速度加角速度匹配传递对准方法研究

以主惯导和子惯导的速度差和角速度差作为观测量,设计速度加角速度匹配传递对准方法。推导了速度加角速度匹配微分方程,建立了速度加角速度匹配的线性滤波模型。速度加角速度匹配传递对准方法作为计算参数匹配法和测量参数匹配法的结合,比较传统的速度匹配传递对准方法利用了更多的观测信息,因此,对方位的估计精度高,估计时间短。

速度+方位角匹配传递对准算法的简化与仿真

给出了一种速度+方位角匹配传递对准模型,并结合工程实际要求和条件,对该模型进行简化,仿真结果表明,在一定的机动条件下,速度+方位角匹配的三个失准角估值都能够在20s 内收敛,并达到10′的精度,从而验证了该模型的有效性。简化后的十二阶滤波器能够达到相近的收敛时间和精度。

速度匹配算法在传递对准中的应用分析

理论上,载机机动对提升速度匹配传递对准滤波器的性能是有益的,但机动同时会带来较大的机翼动态挠曲变形角,这一过程对传递对准又是不利的。为了分析机动对速度匹配传递对准过程的影响,首先给出了考虑机翼柔性变形时主子惯导之间的失准角模型,并采用二阶Markov过程来表示机翼动态挠曲变形角。其次,给出了在动态挠曲变形的影响下,杆臂速度与杆臂加速度的表达式。然后,推导出了本文使用速度匹配算法的误差评估方法。最后,结合提出的相关模型,对机动条件下速度匹配算法的性能进行仿真分析。结果表明,在机翼动态挠曲变形角标准差达到20′时,滤波器出现明显的发散现象,因此速度匹配算法在应用时,应充分考虑机动带来的动态挠曲变形角所产生的影响,合理选择机动大小或武器挂点。

传递对准中一种新的姿态匹配算法

根据Kain J E和Cloutier J R定义的量测失准角,设计了一种新的姿态匹配量测方程。通过与传统传递对准方程比较,推导出了这种姿态匹配量测方程。由推导出的量测方程,指出平台失准角、量测失准角和实际失准角三者之间的关系。该量测方程使传递对准姿态量测方程形式简单,计算量减少。最后,采用"速度+姿态"匹配方法进行仿真,仿真结果表明:该方法与其它姿态角量测方法比较,在降低计算量的同时,仍然具有相同的估计精度。

基于H∞次优滤波的速度+角速度传递对准研究

针对舰船机动性能差,以及舰船高频振颤等不确定性干扰因素影响惯导系统传递对准滤波效果的问题,提出了基于H∞次优滤波的"速度+角速度"匹配传递对准方法。首先分析了影响传递对准性能的关键要素,确定了适用于弱机动特性的舰船用惯导系统传递对准方案。在此基础上,设计"速度+角速度"匹配传递对准的H∞次优滤波器,解决不确定性外部干扰的影响。给出了设计方法和滤波器解算流程。比对仿真结果表明:对于不确定性有色噪声干扰,H∞次优滤波具有很强的鲁棒性,能够完成对失准角的估计,更加符合舰船实际应用条件。

联邦模糊自适应卡尔曼滤波在速度+姿态传递对准中的应用

在系统动态模型和噪声统计特性无法完全获得的情况下,通过调整卡尔曼滤波器的相关参数提高弹载子惯导对准性能,其效果是很有限的,采用联邦模糊自适应卡尔曼滤波方法进行速度+姿态匹配传递对准,并对算法进行了可行性分析与仿真验证。仿真结果表明,在系统动态模型和噪声的统计特性不确定的情况下,速度+姿态匹配传递对准的联邦模糊自适应卡尔曼滤波短时间内能够较好地估计出弹载子惯导的初始姿态失准角,是一种非常有效的信息融合方法。

捷联惯导快速传递对准可观测性分析与机动方案设计

基于“速度+姿态”的快速传递对准对实际失准角的估计精度和速度与载体机动密不可分,尤其在大失准角条件下非线性系统观测性分析和可观测度定义仍没有统一方法。首先,在基于量测失准角快速传递对准线性模型的基础上,通过构造可观测性矩阵,分析得出状态量可观测的充分条件;然后,通过构建大失准角条件下快速传递对准非线性数学模型,从全局可观测性的角度出发,系统地推衍非线性系统可观测性与载体机动之间的关系,为载体机动方案的选取提供理论基础;最后,通过仿真实验验证理论分析的正确性。仿真结果表明:在摇摆机动条件下,无论是小失准角还是大失准角,主、子惯导载体的实际失准角在10 s内均可达到约3’的精度。