航空天文组合导航技术发展研究

阐述了航空机载天文/惯性组合导航的原理,突出了天文导航技术在远程长航时航空平台导航应用的优势。首先,介绍了机载天文/惯性组合导航技术的发展研究现状,并比较了国内外发展状态;其次,分析了机载天文组合导航技术的平台需求特点,总结了当前的技术挑战,探讨了未来的技术攻关方向和发展趋势。

基于高精度GNSS惯性导航设备的自动导航驾驶拖拉机作业性能试验研究

介绍了高精度GNSS惯性导航测试设备的主要性能指标和安装方法,提出了自动导航拖拉机的作业性能试验方法和导航控制精度的计算方法,开展了自动导航拖拉机的作业性能试验,分析了自动导航拖拉机试验结果和作业质量。

一种长航时惯导定位误差评估的新方法

针对长航时惯导传统定位误差评估中存在的问题,提出了一种新的基于惯导误差传播函数拟合的定位误差评价新方法。基于长航时惯导系统定位误差传播模型的特点,采用三角函数建立了误差传播拟合函数,主要包含舒拉周期、地球周期和傅科周期,反映了惯导的长期误差特性。提出了惯导误差契合度的定义和计算方法,实现了对长航时惯导系统定位误差的量化评估。对两套精度大致相同的长航时惯导舰载实验数据进行了对比分析,结果表明新的评估方法能够给出更合理的定位性能优劣判断。最后,针对长航时自主导航需求提出了综合导航技术的改进建议。

日月摄动对高精度惯导系统的影响

针对日月摄动对长航时高精度惯性导航的影响,对其引起的导航误差进行了研究。基于JPL星历DE405,建立了日地月系统的轨道模型,获得三者相对位置信息。利用此轨道模型求解出日月引力摄动对地球表面的惯性器件产生的比力最大达到0.15μg。同时开展了长航时高精度纯惯性导航仿真验证,结果显示日月引力摄动单日内最大可以引起米级的惯性导航定位误差,并在长航时导航中呈现出周期性。同时摄动对导航的影响随着纬度变化而变化,在30°附近影响相对较小,其产生的定位误差在超高精度惯性导航中需要予以考虑。

基于长短期记忆神经网络的自适应容错方法

针对传统的全球导航卫星系统/惯性导航系统(global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS)紧组合系统容错方法对故障处理方式单一、环境适应性差的问题,提出了一种基于长短期记忆神经网络的自适应故障容错方法。该方法基于长短期记忆神经网络建立GNSS伪距、伪距率预测模型。发生故障时,通过分量检测法定位故障观测的维度,并引入相对差分定位精度分析故障观测对系统定位精度的影响,从而实现隔离与重构策略的动态选择。利用实测数据从可见星数、几何构型、故障持续时间3个角度设置多组环境进行仿真实验。仿真结果表明,所提方法对复杂环境具有更好的适应能力,可有效降低故障存续期间系统的定位误差,提高系统的故障检测性能。

长航时旋转调制惯导系统试验测试评估

随着旋转调制惯导系统精度的不断提升,单次导航实验周期越来越长,试验周期急剧增加,为试验鉴定和评估带来了困难。为合理评价长航时旋转调制惯导系统的导航精度,首先介绍了一种兼具自标定、自对准功能和导航功能的一体式旋转调制方案,将惯导系统自标定、自对准状态和导航过程中的旋转路径进行统一;然后提出了一种基于重复样本的长航时旋转调制惯导系统长周期导航测试方法,该方法可以更高效快捷地完成所需全部导航测试评估任务;最后,利用实验室30天的长航时导航测试数据进行了实验验证,最大定位误差为0.71(归一化),与独立航次统计结果相当,同时利用车载动态试验验证明了该方法的有效性和可行性。该方法可以大幅缩短导航系统测试的周期,为长航时惯导装备研制和试验测试评估提供有效手段。

水下SINS/DVL组合导航误差抑制综述

为实现水下潜航器高精度长航时航行,基于SINS/DVL组合导航的误差抑制和校正技术是关键。对于DVL数据失效情况,介绍了不同的替代方法。比较了SINS/DVL组合数据融合常见滤波算法;从长航时导航误差抑制和校正角度,叙述了阻尼算法、地形辅助校正、重力匹配辅助定位、长基线系统辅助定位和重力扰动补偿等方法。可为水下潜航器SINS/DVL组合长航时导航误差抑制提供参考。

重力/惯性匹配导航系统的仿真研究

分析了水下多种导航方式,提出了一种新的组合导航方式,即重力/惯性组合导航系统。介绍了它的研究背景和工作原理,并通过可视化仿真的方法模拟了整个导航过程。结果表明:重力匹配可以限制惯性导航系统的误差增长,实现长期水下高精度定位。

地球自转模型误差对高精度惯导系统定位精度的影响分析

针对1 n mile/100 d甚至更高精度的长航时惯性导航定位需求,分析并指出了传统地球自转角速度模型参数的不足之处。根据天文学中的岁差、章动和日长变化等相关模型,推导了求解精确的地球自转角速度的方法,给出了传统地球自转角速度模型误差的表达式,对惯导系统误差传播方程进行了修正。开展了长航时高精度惯性导航误差仿真验证,结果显示,传统的地球自转角速度模型误差会引起0.1 n mile/100 d的纯惯性定位误差,但经过修正后误差可降低60%以上,仿真结果验证了所描述的误差传播方程的正确性。

一种地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法

针对传统捷联惯导算法模型为非线性,需要对姿态、速度和位置分步运算,且高动态下算法精度较低的问题,提出一种地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法。利用伪线性模型及其分析方法,将传统的地理系下捷联惯导方程各部分转换成伪线性形式,定义导航向量并建立其系统模型;再利用高阶数值积分算法提升导航向量更新精度,得到地理系下基于伪线性模型的捷联惯导算法。最后,用仿真评估算法精度,与传统捷联惯导算法相比,大机动条件仿真中伪线性捷联惯导算法的精度提升了两个量级;旋转弹飞行仿真中导航误差不到传统算法的1/5。提出的伪线性捷联惯导算法结构简单,采用一个更新回路即可完成导航向量更新,且在高动态大机动条件下具有更高的算法精度,因此,对于捷联惯导算法研究与工程应用有一定的参考价值。

一种长航时捷联惯导系统单点综合校正方法

针对长航时捷联惯导系统的误差发散问题,提出一种基于惯性系的单点综合校正方法。采用GPS提供的位置信息和天文导航提供的航向信息构成外观测量。在建立动态误差模型过程中,利用外观测量信息对系数矩阵中的经度、纬度误差及天向失准角进行修正。相对于由惯导系统解算值确定系数矩阵的传统综合校正方法,该方法误差模型中系数矩阵的精度仅由外观测量信息精度决定,不引入惯导系统解算误差。该方法无需对载体运动进行限制,且陀螺常值漂移的估计精度不受校正间隔的影响。仿真结果表明了该方法的有效性。

长航时无人机关键技术研究进展

为研究长航时无人机发展趋势及面临的技术难题,对长航时无人机的发展现状及关键技术进行了分析与总结.长航时无人机留空时间长,作业覆盖区域广,在高空巡航作业时受天气和大气上下对流的影响小,具备广阔的应用前景.首先以常规动力和新能源动力分类,总结了当前国内外长航时无人机的主要型号,回顾了长航时无人机的发展历程.然后,根据长航时无人机高升力、高升阻比和缓失速气动需求,复合材料大展弦比机翼大柔性特征以及长航时无人机任务环境复杂等特点,总结了长航时无人机发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括高效气动综合设计技术、大展弦比机翼气动弹性分析和主动控制技术、复合材料气动弹性剪裁技术、柔性飞行动力学建模和控制技术以及无人机自主导航技术等.最后,结合国外长航时无人机的发展特点,提出了我国长航时无人机的发展建议.研究表明:常规动力中空长航时无人机得到了比较广泛的应用,但新能源动力长航时无人机多数还处于研究样机研制阶段.续航时间在一周以上的"超长航时"无人机技术成为各航空强国关注的焦点.长航时无人机系统的智能化、协同化和网络安全是未来发展的主要方向.

长航时高精度惯导系统姿态阵的四种解算方法

高精度惯性导航系统是保证水下或水面运载体长时间安全航行及搭载的仪器设备正常工作的关键技术之一,姿态阵解算是其核心问题。通过分解姿态阵以及分别采用Euler角和四元数描述姿态参数,建立解算姿态阵的四种方法;分别对这四种方法中的姿态模型进行扰动,并研究相应线性化误差模型的精度及其影响因素;利用数值仿真法对四种姿态解算方法的结果及对应的线性化误差模型的精度进行了比较分析,结果表明:姿态阵解算分解法显著差别于整体法,采用Euler角或四元数描述姿态参数对姿态阵解算精度的影响不显著,分解法对应的线性化误差模型的精度优于整体法。

基于地坐标提取的高层空间自主导航方法研究

主要研究一种基于数字地球技术与图像识别技术的高空自主导航方法。该导航方法使用对地观测传感器对全球范围内3个不同区域的地表特征点进行观测并提取其WGS-84坐标,通过矢量导航算法完成飞行器高空自主定位定姿导航。仿真分析表明,本导航方法具有导航基线长、导航精度高、抗干扰能力强、误差不随时间累积等优点,为2 000~40 000 km高空自主导航问题探索了新的技术途径。

高空长航时SINS/SAR/CNS组合导航方法研究

研究了一种在高空长航环境下进行高精度组合导航的方法。将捷联惯导系统(SINS)和天文导航系统(CNS)的误差作为组合导航系统状态,根据系统误差模型建立状态方程。将SINS与合成孔径雷达(SAR)各自输出的水平位置信息对应相减作为量测之一,将SINS与CNS各自输出的姿态信息对应相减作为量测之二,并引入气压高度计,将SINS与气压高度计各自输出的高度信息相减作为量测之三,根据量测建立对应的量测方程。采用卡尔曼滤波设计组合导航滤波算法。仿真结果表明,SINS/SAR/CNS组合导航的位置精度达到±10.1m,姿态精度达到±0.11',对于高空长航的飞行环境具有很强适用性。

基于惯性导航+通信信号测角信息融合的车辆行进间高精度定位方法

利用简易的路边单元进行辅助,提出了一种基于车载惯性导航系统+通信信号测角信息融合的车辆行进间高精度定位方法,解决在卫星导航系统不可用的降级环境下,车载惯性导航系统的误差随着时间积累导致车辆难以实现高精度定位的问题.在介绍定位原理的基础上,对定位精度的影响因素进行了分析,最后提出了若干有效的提高定位精度的措施.

一种基于卫星和惯导算法的终端SDK解决方案

文章提出了一种基于卫星和惯导算法的终端SDK解决方案,在该方案里,高精度定位终端SDK,负责差分数据收发和封装(加解密)、GNSS原始数据收发与解码、GNSS/INS融合算法、底层网络层通信、账号鉴权、数据管理以及各种其他的服务,提供稳定、统一、易用的SDK服务。文章的研究内容主要包括SDK架构、核心功能、硬件调测集成、业务流程、GNSS和INS融合算法集成等,主旨在于为车企等典型客户提供高精度定位数据服务+终端SDK标准化一体化解决方案。

基于机载RNP性能评估的多源综合导航管理方法

为提高民用飞机的综合导航性能,确保RNP运行,提出了一种基于机载RNP性能评估的多源综合导航管理方法。设计了基于导航性能评估的多源综合导航管理方法,研究了综合导航模式和单一导航模式下的实际导航性能估计算法。仿真实验结果表明:实际导航性能算法能够在95%时间内评估导航系统实时误差特性,具有较高的评估精度,而且综合导航管理方法在多传感器配置的飞机中选择最佳的导航信息,满足RNP运行要求。

长航时激光陀螺惯性导航系统技术发展现状及趋势

激光陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度、高可靠性的角速度传感器。以激光陀螺为核心部件的激光陀螺惯性导航系统是目前市场占比最高的惯性导航系统,激光陀螺及其惯性导航系统的研究关乎社会生活及安全。首先,本文阐明了激光陀螺及其惯性导航系统的基本原理,回顾了激光陀螺惯性导航系统的发展进程,介绍了近年来国内外有代表性的激光陀螺惯性导航系统的型号。然后,归纳总结了长航时激光陀螺惯性导航系统的关键技术,梳理了误差标定技术、初始对准技术、旋转调制技术、高可靠性容错技术、地球物理场补偿技术的研究现状。最后,总结展望了长航时激光陀螺惯性导航系统关键技术的发展趋势。

大数据理论在高精度惯性导航系统测试技术中的应用

当前我国高精度惯性导航系统研制已取得长足进展,但惯性导航系统的精度、可靠性和寿命等应用性能距离世界先进水平仍有差距,主要问题在于全寿命周期内的海量测试数据没有被充分挖掘、分析和应用,严重制约了惯性导航系统精度的提升、可靠性分析和寿命预估的准确性。因此,系统、准确、高效、合理地处理设计、生产、测试和使用过程中的海量数据是分析解决高精度惯性导航系统存在问题、提高生产效率、提升产品质量的有效途径。首先,详细分析了惯性导航测试系统数据采集和数据管理中存在的问题,提出大数据管理分析系统的需求和目标;其次,结合数据管理和分析中的关键技术,构建了惯性导航测试系统以数据采集层、数据支撑层和数据应用层为3大模块的大数据分析平台基本框架。为高精度惯性导航系统优化设计、提升精度、保障产品可靠性、合理预估系统寿命及适应未来战争提供了发展思路。