AUV中SINS/DVL组合导航技术研究

针对水下自主潜器的特点,重点介绍一种采用捷联惯导系统与多普勒计程仪的组合导航技术。通过引入多普勒计程仪提供的绝对速度,提出了输出校正与反馈校正相结合的混合校正集中卡尔曼滤波方案,仿真结果证明该方案可有效提高系统导航精度。

舰载武器SINS速度＋姿态匹配传递对准建模与仿真

基于舰船不刻意机动就可以实施传递对准,提出了舰载武器捷联惯导系统(SINS)在低机动条件下借助海浪或减摇鳍助摇实现快速精确传递对准的方法。采用卡尔曼滤波技术估计子惯导的安装误差角和弹性变形角,研究了一种引入舰体挠曲变形的"速度+姿态"匹配传递对准方式,并提出一种高精度杆臂效应误差补偿算法,克服了速度和姿态匹配量测量易受杆臂效应和舰体挠曲变形的干扰。仿真结果表明,该方法在舰船低机动条件下能够实现舰载武器SINS传递对准,且具有稳健的对准精度和快速性。

SINS/GPS组合导航系统的嵌入式软件设计

开发了基于SINS/GPS组合导航系统的嵌入式软件。在研究SINS/GPS组合导航基本原理的基础上,提出了软件的总体设计方案,给出了详细的软件设计过程,编写了系统的启动程序,设计了中断驱动方式的主程序结构,并通过采用汇编语言和C语言的混合编译方式完成程序的设计,通过实际应用,表明基于嵌入式软件设计的SINS/GPS组合导航系统具有较强的容错能力和余度能力。

舰船姿态辅助DGPS的传递对准精度评估方法

针对舰载武器传递对准的精度评估方法对载体线运动特性要求高的问题,结合舰船的机动能力,提出了一种舰船姿态辅助差分GPS(DGPS)的传递对准精度评估方法.该方法以舰船主惯导提供的姿态信息来辅助DGPS提供的速度、位置信息进行评估.以准惯性坐标系为子惯导导航坐标系,推导评估系统状态方程,并建立精度评估的滤波方程;以舰载主惯导和GPS输出为观测量,建立基于"姿态+速度+位置"观测量的精度评估观测方程;设计卡尔曼固定区间平滑算法分别对引入舰船水平姿态信息及引入"水平+方位"姿态信息2种方法进行仿真,并与传统的精度评估方法进行了对比分析.仿真结果表明,该方法借助舰船的摇摆运动即可完成传递对准的精度评估,降低了精度评估对舰船机动强度的要求,是一种有效实用的精度评估方法.

摇摆基座上基于信息的捷联惯导粗对准研究

舰船的摇摆使陀螺无法测出地球自转角速度,无法根据陀螺和加速度计的输出直接计算出姿态阵。针对这一问题,提出了基于重力加速度的粗对准算法。该算法中,姿态阵分散成4个矩阵求取,所利用的信息为:摇摆基座姿态变化信息;重力加速度相对惯性空间随地球旋转引起的方向变化信息;地球自转信息;地理信息。算法的巧妙之处是应用惯性凝固假设,建立了基座惯性坐标系ib0,使舰体相对ib0坐标系的姿态阵初值成为单位阵,从而使姿态更新解算成为可能。仿真结果表明,在舰船横摇、纵摇、艏摇幅值分别为10°、7°和5°,周期分别为6 s、5 s和7 s,横荡、纵荡、垂荡幅值分别为0.02 m、0.03 m和0.3 m,周期分别为7 s、6 s和8 s的环境下,由50个样本确定的东、北、天向失准角的均值分别为2.01′-、1.38′和-0.20,°相对的标准差为0.26′、0.21′和1.3,°在此基础上完全可以实现精对准。

舰船惯性导航系统海上无阻尼状态的校准

为满足装备高机动舰船的惯性导航系统海上重调的需求,设计了一种无阻尼状态下的校准方案,以保证惯性导航系统的续航导航精度。设计中采用卡尔曼滤波器估计系统误差和陀螺漂移,并利用残差检验方法进行故障检测与隔离。仿真分析和系统试验结果表明:无论载体在静态还是动态机动情况下,采用该方案进行校正后的系统精度都明显提高。该方案具有:滤波估计过程在无阻尼状态下进行,不受舰船运动状态的限制;分别估计陀螺常值漂移和随机漂移,隔离随机漂移对常值漂移量测的影响,精确补偿系统误差和陀螺常值漂移;以及在外参考信息源有误差干扰情况下仍能获得理想的校正效果等特点,具有重要的应用价值。

惯性导航技术的发展及其应用

惯性导航技术,通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息,经积分运算得到载体的速度和位置信息。包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯导系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯导系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵,把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。该技术的发展和应用趋势,以惯性导航和GPS卫星导航的组合导航最为典型。

旋转式惯导系统刻度因数误差的分析与补偿

刻度因数误差对高精度捷联惯导系统的影响不容忽视。为了消除刻度因数误差的影响,需要对刻度因数误差进行估计和补偿。由于现有的刻度因数误差模型不能进行补偿,所以提出了一种新的刻度因数误差模型。利用新模型,应用一种快速估计刻度因数误差的方案估计刻度因数误差,并且在单轴四位置旋转方案中对其进行补偿,这样就可以将刻度因数误差的影响消除掉。仿真结果表明,采用新的模型可以精确、快速的估计出刻度因数误差,经过补偿,可以消除刻度因数误差对陀螺漂移造成的影响。

一种新的舰载机惯导初始自对准方法

由于自对准技术不依赖于惯导系统本身以外的任何信息,因而是舰载机惯导系统初始对准的首选方案。由于受海况等因素影响,系泊条件下的舰体会产生大幅摇摆,致使舰载机惯导自对准中滤波的量测值会产生较大的不确定性量测干扰,从而可能导致卡尔曼滤波器发散和对准精度低等问题。鉴于此,建立了舰船系泊下舰载机捷联惯导自主精对准状态空间模型,设计了一种基于H_∞滤波的舰载机惯导自对准新方法。仿真结果表明,基于H_∞滤波的自对准方法在保证系统鲁棒性的同时,不但可以估计出姿态误差角误差,还可以估计出陀螺常值漂移和加速度计常值偏置误差,并可以获得较好的快速性,水平精度在2′以内,方位精度在10′左右。

测量船用捷联惯导动基座快速粗对准技术

针对测量船用捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)粗对准问题,对比分析了传统解析法和惯性系粗对准法的本质区别与适用范围,利用惯性系对准过程是动态过程的性质,提出在SINS中引入惯性系粗对准法并进行理论推导与分析。模拟测量船典型三轴摇摆状态下对SINS惯性系粗对准过程进行仿真分析,并与传统解析粗对准结果比对。选取测量船的系泊状态建立试验环境并得到实验结果:惯性系对准方法可建立更为准确的捷联矩阵,惯性系对准结果具有更好的稳定性。

舰载捷联惯导数字仿真器的设计与研究

针对舰载惯导系统在边界工作条件尤其是极地地区性能评估存在实时输出数据难度大的问题,以舰艇的运动特性为依据,建立舰艇的运动学模型和惯性器件的数学模型,设计了一种舰载捷联惯导系统数字仿真器,实现了在不同的航行状态、不同的海况条件,以及不同的惯性器件精度条件下惯导系统的实时仿真,仿真输出的数据在虚拟多功能显示器以文字和曲线的形式显示。结果表明,该仿真器能灵活的模拟各种导航参数,有助于突破舰载导航系统性能评估受试验海域和试验载体等因素限制的局限性,可以为研究边界工作条件下惯导系统性能提供试验依据。

基于捷联惯导系统的船舶姿态测量与三维可视化研究

为使姿态数据能够直观、逼真地展现船舶运动状况,利用串口通信、Creator建模和OpenSceneGraph(OSG)场景管理技术,实现船舶姿态三维可视化.采用OSG三维渲染引擎创建三维场景,利用解析捷联惯导系统串口输出的姿态数据来控制Creator建模软件建立的船舶模型,并创建场景漫游器,实现从任意位置观察船舶运动的目的.以VisualStudio2008和OSG场景管理软件为开发平台,完成船舶运动姿态三维显示系统的开发,将船舶运动姿态实时、直观地显示给驾引人员,为船舶姿态显示提供了一种新的方法,并可应用到船舶综合船桥系统中.