基于AUKF的刮板输送机直线度检测技术研究

针对刮板输送机直线度检测技术在使用中稳定性差、精度较低问题,提出了自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)算法。首先理论分析得到误差模型,结合实际作业情况,利用惯导、忽略杆臂误差的AUKF和补偿杆臂误差的AUKF进行了轨迹解算。实验结果显示,带有杆臂误差补偿的方法提升稳定性27.8%,提升精度60.5%。

高地隙施药机自主作业杆臂辨识方法研究

为改善高地隙施药机自动导航系统的可靠性,减少作业过程中的伤苗率、重喷及漏喷等现象,基于RTK-GNSS与INS的相对位置关系推导了因定位杆臂产生的位置及速度误差,并根据杆臂误差模型及INS误差模型,提出了一种基于GNSS/INS组合导航滤波的杆臂辨识方法。通过仿真实验分析了影响杆臂辨识效果的因素,基于半物理试验平台对杆臂辨识效果进行验证。仿真结果表明:载体的直线运动对杆臂可观测度影响较小,但绕某一轴线的角运动可以增强角运动平面内的定位杆臂可观测度,且增大角速度可提高杆臂辨识的滤波收敛速度。仿真和半物理试验平台均表明:所提出的杆臂辨识方法可有效估计施药机子导航系统间的杆臂参数,设置仿真过程杆臂真值为[1m 2m 3m],辨识结果为[1.028m 2.047m 2.91m],辨识精度在95%以上;半物理试验平台卷尺测量的杆臂真值为[0.05m 0.2m 1m],辨识结果为[0.056m 0.18m 1.05m],辨识精度在88%以上,可靠性较高,能够替代工程应用中的手工测量,提高了导航系统定位精度。

一种改进的基于闭环反馈的大失准角传递对准算法

针对传统的基于计算参数的传递对准算法在大失准角下的强非线性问题以及杆臂误差导致的传递对准精度下降问题,提出了一种改进的基于闭环反馈的大失准角传递对准算法。首先,基于快速传递对准模型,设计了全状态闭环反馈机制,通过对主、子惯导的姿态矩阵不断进行修正,实现大安装误差角估计值的快速收敛;然后,采用线性卡尔曼滤波对状态进行估计。仿真实验结果表明,相比于非线性滤波方法,所提算法在大、小安装误差角下均可以保持较高的对准精度,对准误差基本可以达到0.02°。车载试验结果也验证了所提算法具有更好的传递对准性能。

捷联惯导系统内杆臂补偿方法及试验验证

在实际捷联惯组中,三只加速度计的比力测量对应于不同的点位置,如果直接作为捷联惯导算法的输入,角运动条件下会引起导航误差。对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑内杆臂效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量,建立了加计组合内杆臂补偿的一般模型方程。针对激光捷联惯性组合,设计了简便的试验方法用于辨识内杆臂参数,高强度的摇摆试验表明内杆臂补偿有效地提高了导航精度,速度误差降低达77%以上。

捷联惯性测量组件中内杆臂效应分析与补偿

在实际捷联惯性测量组件(SIMU)中,三个加速度计本质上测量的是SIMU上三个不同点处的加速度,如果把这些加速度当作来自于理想"点测量组件"的输出进行惯性导航解算,会从原理上引起导航误差,即内杆臂效应误差。假设SIMU中三个加速度计敏感轴互相垂直并且相交于一点,在SIMU绕某个固定坐标轴作角振动的条件下,分析了内杆臂效应的产生机理,得出内杆臂效应引起导航速度误差的规律:速度误差与角振动中心位置无关,与加速度计敏感点至交点的杆臂长度成正比,也与角振动频率成正比。提出内杆臂效应补偿的方法是将加速度计敏感点处的加速度测量值折算至它们的敏感轴交点上。

传递对准中杆臂效应误差的补偿研究

杆臂效应误差是因惯性测量组件安装位置与载体质心不重合而引起的,它是影响传递对准精度的主要误差之一。文中以速度匹配传递对准为研究对象,对杆臂效应产生的机理进行了详细地分析,采用设计低通滤波器和直接计算杆臂干扰加速度的补偿方案,对速度匹配传递对准中杆臂效应误差的补偿进行了对比研究,仿真表明两种补偿方法是可行的。

考虑杆臂及安装误差角的快速传递对准

介绍了杆臂效应及安装误差角在仿真中的添加方法,验证了杆臂补偿方法的可行性。机载武器传递对准时,杆臂效应影响机载武器子惯导的对准精度,通过主惯导杆臂速度补偿和对子惯导杆臂加速度补偿建立量测方程,并详细说明子惯导安装误差角的添加方法,最后采用卡尔曼滤波对子惯导进行传递对准。在安装误差角设为10′时,杆臂补偿后得到的姿态误差角估计结果:右盘旋分别为9.84′、10.33′、10.06′;S型机动分别为10.31′、10.08′、10.03′,满足精度要求。仿真结果表明,系统对杆臂效应的补偿效果较好,补偿方法可行,能在十几秒内完成对准。

大失准角传递对准杆臂效应影响研究

从舰船舰载机惯导系统传递对准实际需要出发,针对刚性舰船载体分析杆臂效应对子惯导系统速度、加速度(比力)影响,在大角度失准角情形下引入标称失准角和计算失准角概念构建传递对准速度姿态匹配非线性误差模型,对系统误差模型展开状态参数估计研究,通过比较研究杆臂矢量对子惯导系统失准角估计误差及其对准精度的影响以及不同初始杆臂矢量对标称失准角估计误差及其精度影响情况,验证本模型在舰船舰载机惯导系统海上对准有效性及其对准精度.

考虑杆臂误差的组合导航分离协方差交叉算法

针对传统北斗/惯导组合导航系统进行信息融合时未考虑估计源之间的相关性而不能保证融合一致性的问题,提出一种分离协方差交叉滤波(split CIF)组合导航信息融合算法。将误差协方差矩阵分离为相关部分和独立部分分别进行处理,实时更新最优滤波增益并通过量测信息获得一致性融合估计,改善了融合相关数据时造成滤波过度收敛的问题。此外,在高精度组合导航中,杆臂误差是一个重要误差源,组合导航时会造成导航定位精度严重下降,通过静态杆臂测量并对惯导更新信息进行杆臂误差补偿的方法降低杆臂效应影响,进一步提升导航定位精度。仿真结果表明:东向速度误差最大为0.041 m/s,纬度误差最大为0.495 m;与补偿后的卡尔曼滤波相比,精度分别提高了45.8%和34.0%;与扩展卡尔曼滤波相比,精度分别提高了55.1%和10.0%。考虑杆臂误差补偿的split CIF算法对杆臂估计具有较好的准确性且具有较高的导航精度。

机载安装误差对捷联惯导系统的综合影响研究

机载惯导系统的安装误差会引起加速度计输出中的附加干扰加速度,以及陀螺仪输出中的陀螺漂移,从而对惯导系统产生影响。针对捷联惯导系统(SINS)中的机载安装误差进行了深入全面的研究,推导出角安装误差和位置安装误差同时存在时系统的误差模型,并对机载安装误差给导航系统精度带来的影响进行了系统仿真。仿真结果表明:安装角误差和位置误差对于惯导系统的精度带来不可忽视的影响,将会引起惯导系统的迅速发散,必须对其加以补偿。该研究对于提高SINS的对准精度提供了理论依据,具有较好的工程应用价值。

杆臂效应与挠曲变形一体化误差补偿技术研究

针对舰载机捷联惯导系统（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）传递对准技术中存在挠性杆臂效应问题，提出一种采用误差模型一体化的补偿方案。建立了杆臂效应与挠曲变形的一体化误差模型，分析了线性量测方程下的简化非线性卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，uKF）算法，将其应用在杆臂效应与挠曲变形的一体化误差补偿技术中。模拟海浪干扰下舰船的三轴摇摆动态仿真环境，利用仿真结果验证了一体化误差补偿方案可行性。

弹性机翼对机载导弹子惯导系统导航精度的影响分析

弹性机翼的振动及杆臂效应会引起机载导弹加速度计输出中的附加干扰加速度，从而引起导弹子惯导系统的导航参数误差。本文通过建立机翼弹性振动模型及惯导误差传播模型，从理论上分析了机翼弹性振动及杆臂效应对子惯导系统导航精度的影响，并进行了计算机仿真研究。

基于SINS舰船升沉测量误差分析与补偿

在利用捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)对舰船升沉运动测量中,针对传统方法采用积分环节和数字高通滤波器组合引起相位超前的问题,分析了超前相位对升沉测量精度的影响,提出了增加相应低通滤波器进行相位校正的方法。针对实际工程应用中升沉监测点与舰船重心(center of gravity,COG)往往不重合的问题,定义两者之间的距离为测量杆臂,分析了舰船升沉测量过程中由测量杆臂引起的杆臂升沉的产生机理,提出了杆臂升沉的计算方法,最终给出监测点处升沉的精确测量算法。仿真结果表明,提出的监测点处升沉测量算法测量误差在0.05 m以内,具有较高的精度和稳定性。

捷联惯导加速度计内杆臂误差分析与补偿

针对捷联惯导系统内杆臂误差的估计和补偿问题,提出了一种角度随正弦规律变化的旋转方案。通过推导内杆臂误差与载体角速度和角加速度之间的关系,分析内杆臂误差对捷联惯导系统的影响,基于内杆臂误差模型设计正弦旋转的标定路径,采用分段线性定常系统(PWCS)和奇异值分解(SVD)的方法对系统进行可观测性分析,设计卡尔曼滤波器对内杆臂误差进行估计。仿真结果表明:本文设计的正弦旋转方案使得9个内杆臂误差完全可观;在相同的摇摆频率下,摇摆幅值越大,内杆臂误差的估计精度越高;与两轴联动式误差激励方式相比,滤波估计时间减少50%以上。

飞机载体的杆臂效应对GPS测速精度的影响

杆臂效应是由于测量体的安装位置与运动载体质心不重合而引起的。从理论上分析了杆臂效应产生的原理,推导得出杆臂效应引起的速度误差公式。通过仿真试验和飞行试验数据分析了飞机载体不同运动状态下,杆臂效应对GPS速度测量精度的影响。通过对杆臂误差补偿后,GPS测速精度得到很大提高。在惯导系统飞行试验中引入该方法,可以科学合理地给出系统试飞评定结果。

水下SINS/DVL紧组合导航算法

针对SINS安装误差角、DVL刻度系数误差及杆臂误差等因素对水下SINS/DVL组合导航精度的影响,推导了当杆臂误差不为小量时的非线性量测方程,建立了同时估计SINS与DVL误差状态的卡尔曼滤波模型,并进行了DVL量测故障检测与隔离,从而实现了SINS与DVL之间的相互校正。仿真试验表明:采用该方法在不单独进行DVL校准的情况下,可得到较高的导航精度,且具有容错导航能力。

惯性测量单元内杆臂标定卡尔曼滤波方法

在高动态环境下,由内杆臂引起的尺寸效应误差是高精度捷联惯导系统的重要误差源之一。从原理上分析了内杆臂误差的产生机理,推导了内杆臂误差的动态误差模型,并结合系统误差模型推导了内杆臂的标定模型,选取考虑了外杆臂误差的速度误差为系统观测量,提出了基于卡尔曼滤波的内杆臂参数辨识方法。试验结果表明,内杆臂标定重复性精度优于2 mm,快速旋转试验中,内杆臂误差补偿后,速度误差减小90%,摇摆试验中的导航精度也得到显著提升。

GNSS/SINS松组合系统的可观测性分析

针对GNSS/SINS松组合系统中误差状态量不可观测,因而无法被准确估计的问题,提出对当地水平坐标系下的GNSS/SINS组合导航系统进行可观测性分析,从而揭示系统参数与状态量估计之间的内在联系,为工程实践中快速实现高精度定位定姿提供参考:以18维状态量的松组合滤波模型为对象,研究当地水平坐标系下载体运动状态与杆臂误差、姿态误差以及加计零偏可观测性的关系;最后通过仿真数据对可观测性理论分析的结论进行验证。结果表明:杆臂误差的可观测性与载体的直线运动无关,而载体的角运动将提高杆臂误差的估计;载体直线运动时,姿态误差与水平向加计零偏耦合,与天向加计零偏解耦。

航姿参考系统的改进杆臂效应补偿方法

振动环境下叠加在航姿参考系统(AHRS)加速度计敏感轴上的杆臂效应会对加速度计测姿精度造成极大的影响.本文对杆臂效应处理算法中的低通滤波法和力学补偿法进行分析.低通滤波法滤除杆臂效应会有整流误差残存.力学补偿法对杆臂效应中向心加速度项的补偿受限于陀螺测量精度,对杆臂效应中切向加速度项的补偿会因为直接对角速度微分求取角加速度造成误差激剧放大.针对低通滤波法与力学补偿法各自存在的不足,提出一种改进的杆臂效应补偿方法.对杆臂效应中的向心加速度项的补偿,设定角频率阈值作为判定值.在低于给定角频率阈值工况下采用低通滤波法,而在高于给定角频率阈值工况下采用力学补偿+低通滤波法.对杆臂效应中的切向加速度项的补偿,提出2种多加速度计构型,根据加速度计构型中各加速度计输出值,构造解析公式求解角加速度,避免直接微分法造成的误差放大.通过对改进补偿方法的理论推导、分析和仿真,并与低通滤波法和力学补偿法相对比,改进补偿方法显著地提高了杆臂效应误差补偿精度.

采煤机捷联惯导系统杆臂效应误差补偿方法研究

针对杆臂效应误差力学补偿方法无法实时求出角加速度信息的问题,在分析采煤机捷联惯导定位系统杆臂效应产生原因的基础上,提出了一种改进的杆臂效应误差补偿方法。该方法利用导航坐标系下不同时刻重力加速度分量相同的原理求出杆臂长度;然后利用角速度求出载体坐标系相对于导航坐标系的角加速度;最后通过杆臂效应误差公式求出测量加速度的误差,从而对加速度输出进行补偿。仿真结果表明,该补偿方法能够有效提高采煤机捷联惯导定位系统的精度,能有效补偿采煤机的位置误差,消除累积误差的影响,相对于补偿前采煤机x方向和y方向的定位精度分别提高了5.1%和23.6%。