Simulation platform of navigation system for autonomous underwater vehicle

In view of the characteristics of underwater navigation, the simulation platform of navigation system for autonomous underwater vehicle has been developed based on Windows platform. The system architecture, net communication and the information flow are discussed. The methods of software realization and some key techniques of the Vehicle Computer and the Navigation Equipment Computer are introduced in particular. The software design of Terrain Matching Computer is introduced also. The simulation platform is verified and analyzed through simulation. The results show that the architecture of the platform is reasonable and reliable, and the mathematic models and simulation algorithms of sub-systems are also valid and practicable.

轨迹发生器的研究进展与展望

轨迹发生器是对惯性导航系统及其组合导航系统进行算法研究和仿真验证的重要工具之一。首先,通过梳理分析轨迹发生器在不同运载体的研究现状,概述理想型、数值算法型、数学模型型轨迹发生器的设计方法与主要思路;然后,归纳研究重点,对3类轨迹发生器进行仿真对比,分析3类轨迹发生器的特性和问题;最后,对轨迹发生器下一步的研究进行展望,为该领域的研究提供一定的思路。

基于舰艇运动状态的惯性导航系统仿真软件设计

舰艇惯性导航系统的工作性能,尤其是导航误差,与舰艇的运动有关。为便于开展舰艇运动状态对惯性导航系统误差影响的研究,设计了一套基于舰艇运动状态为激励输入的舰艇惯性导航系统仿真软件。对仿真系统的结构组成、舰艇运动状态仿真的架构原理和舰艇运动状态信息至惯导敏感信息的转换流程进行了设计,详细介绍了仿真软件的功能组成和设计使用,分析可知,在给定仿真参数的情况下,可以输出导航参数及导航误差。设计的仿真软件对研究受舰艇运动状态影响的惯导系统动态性能误差具有参考价值。

基于BDS/INS的列车组合定位建模仿真方法研究

基于北斗卫星导航系统(BDS)的列车定位可减少列控系统地面设备,降低建设成本。然而列车运行环境复杂多变,如车站、隧道等场景可能导致卫星信号被遮挡,仅依靠BDS难以保障列车定位的连续性和准确性。为此,采用卡尔曼滤波算法实现BDS与惯性导航系统(INS)的组合解算,以提高列车定位的连续性和定位精度。采用基于Simulink的形式化建模方法,根据BDS/INS组合定位架构及其数据处理算法仿真逻辑,构建完整的BDS/INS组合系统仿真模型,利用青藏铁路现场采集的数据验证组合定位模型及算法的有效性。仿真结果表明:基于BDS/INS的列车组合定位在隧道场景下仍能输出定位结果,保障了列车定位的连续性;在开阔场景下,与单BDS定位模式相比,BDS/INS组合定位北向精度提高11.20%,东向精度提高4.17%,水平方向精度提高9.41%。

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。

极区飞行格网惯性导航算法原理

为克服极区飞行时地理经线收敛引起传统机载惯性导航系统力学编排方案无法定位定向的问题,提出了格网坐标系下的惯导力学编排方案。该方案可以直接获得格网航向而无需任何外界参考信息,地心地固坐标系下的位置坐标替代传统经纬度坐标可直接用于飞机定位。推导的格网导航坐标系下的导航误差方程可方便用于组合导航算法设计。仿真分析表明格网导航算法误差特性同常规导航方案的误差特性一致,可以满足极区飞行时飞机的导航需要。

水下运载体重力辅助惯性导航系统仿真平台

重力辅助惯性导航系统(GAINS)是未来水下无源导航的重要形式之一。为了调试和验证这种新的水下导航系统,开发了水下运载体导航系统仿真平台。提出了仿真平台总体结构;描述了仿真平台中运动载体模块、惯导模块以及重力测量模块的数学模型和仿真算法;对重力匹配算法也作了相应介绍;最后对仿真平台进行了仿真联调。结果表明,该仿真平台的结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。

单轴旋转INS/GPS组合导航中重力垂线偏差引起的姿态误差分析

重力垂线偏差是高精度惯性导航中的一个主要误差源。在INS/GPS组合导航系统中,由于GPS可以提供位置和速度修正信息,垂线偏差对组合导航系统精度的影响主要体现在姿态上。从惯性导航系统的误差方程出发,推导INS/GPS组合导航姿态估计误差和陀螺零偏估计误差的解析表达式,从理论上分析组合导航模式下垂线偏差对姿态误差的影响。通过仿真验证理论分析的正确性。分析结果表明:东向姿态误差角由北向垂线偏差决定,北向姿态误差由东向垂线偏差决定;航向误差受东向垂线偏差和北向垂线偏差的一阶导数的共同影响,垂线偏差的剧烈变化将引起较大的航向误差。

基于欧拉平台误差角的SINS非线性误差模型研究

捷联惯导系统(SINS)误差模型是研究SINS误差传播特性和进行多导航系统间信息融合的基础。文章利用欧拉平台误差角表示理论导航坐标系与计算导航坐标系之间的失准角,推导了SINS非线性误差模型,在大方位失准角误差和小失准角误差条件下做了简化研究。提出了基于外界阻尼信息的阻尼SINS算法及其误差模型,有利于减小计算量和降低误差分析的复杂性。最后,对大欧拉平台误差角下SINS误差模型进行了准确性检验,仿真结果表明误差模型能完美地反映SINS误差特性。

捷联惯导系统的误差模型与仿真

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响。应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化了载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型。在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图。在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150s导航试验数据。结果表明:导航系X轴的相对系统误差<20%,Y轴、Z轴的相对系统误差<4%,验证了误差数学模型的正确性。此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生的基本影响。

简化UKF滤波在SINS大失准角初始对准中的应用

基于欧拉平台误差角的概念提出了大失准角误差条件下的捷联惯导系统(SINS)非线性初始对准误差模型,该模型无法再用经典的加性噪声模型描述。为了降低滤波计算量,在系统模型噪声和量测噪声均为复杂加性噪声并且量测方程是线性方程时,推导了简化的UKF(unscented Kalman filter)滤波方法,简化UKF滤波公式显示:除通过非线性状态方程使用UT(unscented transformation)变换进行状态及其方差预测外,其它滤波步骤与标准Kalman滤波完全相同。最后,对静基座下SINS初始对准进行了仿真试验,结果表明大失准角条件下的SINS误差模型和简化UKF滤波估计方法是有效的。

载体运动对双轴连续旋转调制式惯导方案误差的影响

引入系统级旋转自补偿技术可以提高惯性导航系统的精度,该技术是指对整个IMU施加旋转运动从而改变元器件的工作方式,使元件误差得到调制,在进行积分时调制后的误差在一个周期内得到抵消。在捷联式惯导系统中,当载体处于动态时,标度因数误差和安装误差与惯性传感器的输出产生耦合,旋转调制对系统的补偿效果将受到影响。改进的途径一是提高元件标度因数稳定性,减小系统安装误差角;二是隔离载体运动,即减小陀螺仪和加速度计的输出值。本文通过对比分析在静态和动态条件下双轴连续旋转调制式惯导的误差方程,解释了载体运动对旋转调制效果的影响机理,并通过数字仿真验证了载体运动对系统补偿效果的影响。分析和仿真发现,在静态和动态条件下旋转调制都可以提高系统的精度,而在静态条件下或者在通过环架结构隔离了载体运动后旋转调制的效果相对于动态下有较为明显的提高。

水下无源导航系统仿真匹配算法研究

针对水下无源导航 (地形辅助导航 )系统的特点 ,充分利用各种海洋地理特征传感器获取信息 ,进行数据预处理、算法分析、性能评估 ,然后进行智能数据融合 ,进而完成水下无源导航系统模块化的仿真设计 ,为水下无源导航系统的进一步研究提供可行的方法和技术。仿真结果表明 ,采用水下地形匹配辅助导航 ,能够有效地修正惯导误差达到设计要求 ,为真实海洋环境下的精确导航提供可靠的技术依据。

重力异常匹配导航的算法实现与仿真分析

从水下导航的无源性要求出发,用重力异常数据匹配惯性导航系统的办法实现了水下潜器的自主导航,并用Simulink仿真工具箱进行了模拟计算,结果表明,重力异常匹配导航在重力异常变化幅度较大的区域能够得到较好的匹配精度,达到修正惯性导航误差的目的。

捷联惯性导航系统飞行轨迹数据生成与惯性器件建模

由于很难获得全面真实的导航飞行轨迹数据,而各类导航系统软硬件性能测试验证又必须要有飞行轨迹数据和惯性器件的输出参数。为此,作者提出了一种生成测试用飞行轨迹,并能为惯性器件建模的解析式思想。用这种思想产生的飞行轨迹数据和惯性器件的模型,在硬件平台软硬件系统测试验证中得到了成功地应用,取得了很好的效果。

一种新的捷联矩阵更新算法在无陀螺捷联惯导系统中的应用

本文为改进无陀螺捷联惯导系统解算的实时性 ,引入一种姿态阵更新的算法 ,并和常用的四阶 -龙格库塔法进行仿真比较 ,其结果是在不影响其精度的情况下 ,新算法的计算量和计算机时都有明显的减少。

惯导/里程仪组合导航系统算法研究

惯导系统误差随着导航时间而增长,而里程仪测量误差一般随着运载体行驶距离而增加,惯导系统和里程仪具有互补性,推导了简化的惯导/里程仪组合导航系统的卡尔曼滤波方程,研究了里程仪刻度系数误差校正的方法,并提出了里程仪打滑和滑行故障的判断准则,仿真结果表明:经过里程仪刻度系数校正后,组合导航系统能有效提高定位精度,并且具备一定的容错能力。

弹用捷联式惯性导航系统数值仿真

以某导弹规划航迹为对象,对捷联式惯性导航系统进行了数值仿真.通过规划航迹数据提取出弹体的比力和角速度信息,输入至惯性测量器件模型,以其输出激励导航计算模块,得到弹体的位置、速度、姿态角误差等导航数据,将其与规划航迹中相应的数据对比得到计算误差.同时由捷联式惯性导航系统的误差方程建立SIMULINK模型,给出了模型的仿真结果.对比计算误差与模型仿真结果,验证了捷联式惯导系统数值仿真的正确和有效性.

反舰导弹攻防对抗仿真系统

结合反舰导弹攻防对抗特点,设计了模块化、易扩展、可视化的仿真框架,分析并建立了导引头、制导控制、干扰等关键模块的数学模型,通过加入惯导实物构建了反舰导弹攻防对抗半实物仿真与视景显示系统,进行了空射型反舰导弹全弹道飞行、反舰导弹雷达导引头极化抗干扰两个典型场景的仿真,实验结果表明本系统的研究开发可为反舰导弹作战效能分析与评估提供平台和依据。

用 GPS 信息的惯导快速对准方法

如何快速、准确地完成惯导系统的初始对准一直是惯导系统研究的关键技术，方位对准精度和对准时间的矛盾至今未能很好地得到解决。为解决这一问题，本文提出了双全球定位系统（ＧＰＳ）同惯性导航系统（ＩＮＳ）进行深组合的方法。仿真结果表明，该方法使方位对准时间缩短为不到２ｍｉｎ，精度达到１４．６７（″），较好地解决了方位对准问题，同时也提高了导航精度。