一种单轴旋转的车载IMU/DTU组合导航方法

长时间机动工况时,某些复杂路况和车况环境下,捷联惯导组合导航系统方位角误差将增大。基于已有组合导航算法框架,提出了一种基于单轴旋转调制的组合导航方法。采用21维IMU/DTU(里程计)误差状态构造状态方程,以捷联惯导解算的位移增量与里程计解算的位移增量之差作为观测量,Kalman滤波器融合惯导与里程计信息,利用旋转调制机制,可对消IMU/DTU组合导航系统主要误差,实时输出高精度的方位数据和位置数据,对载车的行驶状态无特殊要求。进行了仿真试验和实车试验。试验结果表明:该方法能够在长时间机动工况下实现较高的方位精度和位置精度。挖掘了惯导组合导航系统的潜在精度,提高了快速反应能力、环境适应性和可用性,具有较好的工程应用价值。     

捷联惯导/里程计组合导航技术

在分析捷联惯导/里程计组合导航工作原理的基础上,就里程计辅助下的初始对准、里程计刻度因子在线标定、杆臂效应、系统故障处理等关键问题研究现状进行了分析,最后对未来的发展进行了预测。     

SINS/OD组合导航系统转弯误差补偿

在车辆转弯过程中,里程计与车辆质心的安装偏差导致里程计的输出和惯性器件的输出会产生较大偏差。此外,当车体航向出现大角度变化时,里程计校正将引起惯导系统姿态振荡,会对车载惯导动基座对准、在线标定以及整个导航过程的精度产生不小的影响。针对里程计产生的转弯误差,在分析惯导与车辆主动轮和里程计位置关系的基础上,考虑到军用车辆的车轮较宽,导致惯导/主动轮的杆臂为时变的,故将其作为滤波状态变量进行实时估计,并在载体系内详细推导了系统模型。仿真结果表明,导航平均位置误差从1.499 0 m减小到了0.799 6 m,说明该方案的有效性。     

捷联惯导+G/G接收机+星光组合导航应用研究

提出了适用于高空导弹的以捷联惯导为主,G/G接收机、星光导航为辅的组合导航方式,对组合方式进行了讨论,并给出了捷联惯导+G/G接收机+星光组合导航的原理图。     

车载捷联惯导/重力匹配/高度计组合导航方法

研究了一种基于捷联惯导、重力匹配和气压高度计进行车载组合导航的方法。建立了重力匹配导航的误差模型,将重力匹配获得的水平位置、高度计输出的高度与捷联惯导输出的对应信息相减作为量测,采用Sage-Husa自适应滤波进行组合导航滤波设计,并针对重力匹配导航非等间隔输出问题,对滤波方程进行了改进。仿真结果表明,该组合导航方法具有较高的导航定位精度,自主性强,抗干扰性好,在军用领域具有良好的应用前景。     

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。     

基于单GPS观测的SINS姿态校正方法

针对车(船)载惯性和GPS组合导航系统(INS/GPS),研究单天线GPS对INS的姿态校正方法。提出一种基于单天线GPS进行捷联惯导(SINS)机动中对准和姿态校正方法,该方法以GPS两个不同时刻的不共线速度向量为参考向量,利用TRIAD算法进行姿态确定,并设计了Kalman滤波器估计姿态四元数。仿真试验表明该方案能较好地校正惯导系统的初始对准误差,并通过实时校正保持长期的姿态精度。     

CEC/SINS组合的相对导航与定位算法

针对协同作战中高动态机动平台,CEC中基本的相对导航算法会产生较大滞后误差、引起过冲现象以及惯导误差随时间累积等问题,研究了一种基于CEC/捷联惯导(SINs)组合的相对导航算法,分析并介绍了算法的基本思想和特点,并对其滤波器进行了设计.仿真结果表明:该算法弥补了惯导误差随时闱积累的不足,提高了其导航精度和稳定性.     

船舶摇摆运动对船载炮射击的影响

从船舶在海浪中运动模型出发,结合炮兵射击学原理,研究船舶摇摆导致火炮基座运动以及杆臂效应导致子惯导初始对准误差等因素对火炮射击的影响,主要针对船载炮射击在距离与方向的影响进行分析。并提出了采用初始装定误差补偿的方法消除船舶运动与杆臂效应对射击的影响。     

EKF在SINS/GNSS深组合导航中的应用

为了在卫星较少条件下也能提供连续稳定、精度高的导航,建立了一种基于扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)的捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)/全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)深组合导航系统,并对该系统所采用的导航结构、状态估计算法等进行研究设计。最后,在战术级条件下,分别对单独的SINS,SINS/GNSS松组合导航系统和SINS/GNSS深组合导航系统进行仿真验证,并对导航结果进行对比分析。从仿真结果可以看出,深组合导航系统位置误差约为0.3 m,速度误差约为0.01 m/s,姿态误差约为0.005°。对比分析可知深组合导航精度更高,且不受卫星个数条件影响,具有很高的实用价值。     

基于MEMS器件的弹载组合导航技术

卫星/微惯导组合导航是目前弹载导航系统领域的研究热点。在深入研究弹载卫星/微惯导组合导航体系架构的基础上,分析了弹载导航的关键技术以及各关键技术的解决方案;采用适应高过载环境的微惯性元件及电路模块的缓冲保护措施,提高组合导航系统的抗高过载性能;提出卫星辅助MEMS测量信息的姿态角估计技术解决了空中对准问题,采用基于加性四元数的差量卡尔曼滤波技术,实现了卫星定位与微惯导的高精度组合。试验结果表明,该技术可有效解决制导弹药的导航问题。     

INS/GPS/CNS组合导航系统仿真

在分析INS、GPS、CNS导航系统特点的基础上,建立了组合导航系统的误差模型,提出了一种基于联邦滤波器的INS/GPS/CNS的组合导航算法,采用平台失准角、INS与GPS的位置之差和速度之差作为观测量,对算法进行了仿真研究。仿真结果表明:通过校正惯导平台、消除导航参数误差,可以大大提高系统的导航精度。     

先验有色噪声补偿的卡尔曼滤波组合导航算法

根据飞行器实际情况,将舱内捷联惯导安装等效为弯扭耦合激励扰动下的Timoshenko梁和阻尼弹簧振子混合系统,分析其激励响应获取惯导随机误差中的有色噪声。将有色噪声作为先验信息,通过微分方程描述并导入惯导误差模型,设计增强的卡尔曼滤波组合导航算法,通过仿真飞行验证了算法的稳定性并与传统卡尔曼滤波组合导航进行了对比分析。     

舰船武器甲板位置点杆臂参数的测定

舰载武器发射或舰载武器惯导系统对准需要舰载惯导系统MINS的信息辅助,不同的安装位置使得它们之间存在较大的杆臂效应,在对杆臂效应补偿中需要三维杆臂尺寸参数,由于加工误差、安装误差及船体变形,使武器战位的实际杆臂参数偏离图纸计算值.通常舰载惯导舱室与甲板武器战位之间不能通视直接测量难度大.为提高杆臂效应补偿精度,提出了基于舰载惯导MINS及差分GPS辅助的测量方案.通过速度信息观测采用马尔科夫递推滤波器估计杆臂参数,仿真结果表明通过10min的测量可达到0.1m估计精度量级.     

惯性/GPS/EMC组合导航系统可视化仿真

提出了低成本惯性/GPS/EMC组合导航系统可视化仿真器的设计方案.根据捷联惯导算法和卡尔曼滤波原理,仿真器能模拟纯惯性导航、组合导航及纯数字仿真、半实物仿真等多种导航模式,绘制导航参数和误差曲线;可灵活设置航路点,系统自动生成航行轨迹,在电子地图中动态显示航迹和导航参数.仿真器为捷联姿态矩阵算法和导航算法提供验证数据源,为组合导航系统性能的研究提供可视化平台.实际应用表明,仿真器性能可靠,能极大地减少组合导航系统研究开发成本.     

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。     

自适应算法在捷联惯导初始对准中的应用

针对传统的卡尔曼滤波在捷联惯导初始对准中由于系统噪声和量测嗓声方差阵未知时,滤波的精度和快速性不能达到要求,甚至导致发散的问题.提出了一种改进的sage-Husa自适应滤波新算法,建立了捷联惯导系统初始对准误差模型,并在对捷联惯导系统误差模型进行简化的基础上,利用所设计的算法进行了仿真研究.仿真结果表明,改进的滤波算法使对准过程所需时间大大缩短,具有跟踪能力强、稳定性好和精确性高等特点,验证了该方法的有效性和正确性.     

精确制导火箭弹传递对准研究

以常规火箭弹制导化改造过程中弹载捷联惯导的初始对准为背景,研究了利用发射车车载高精度定位定向系统作为主惯导,对火箭弹捷联惯导进行传递对准的速度加姿态匹配方案,介绍了在三轴转台上进行实验验证的方法、过程和结果。实验结果表明,该方案对准精度高、对准时间短、对准机动要求简单,可以有效完成制导火箭弹捷联惯导的初始对准。     

速度加姿态匹配的捷联惯导在线标定路径设计

捷联惯导误差参数的时变性对导航精度的影响很大,需要进行在外场条件下的在线标定.逆向运用PWCS可观测性分析理论,分析了“速度+姿态”匹配条件下惯导12个误差参数(陀螺和加速度计的零偏及刻度系数误差)完全可观测的条件,提出了车载惯导在线标定的路径设计原则,最后仿真验证了所设计原则的有效性.     

捷联惯性系统中 IMU 安装误差及陀螺漂移的估计

为减小IMU 安装误差及陀螺漂移对捷联惯性系统导航参数精度的影响,采用速度/姿态角组合匹配传递对准模型的误差方程和IMU的安装误差角方程结合的方法组成新的滤波器模型,并引入改进的BP神经网络算法,实现了IMU安装误差及陀螺漂移的快速有效估计.为对捷联惯性导系统的各项导航参数进行修正和补偿、提高导航精度提供了依据.