利用实际飞行数据插值的INS/GNSS组合导航仿真轨迹发生器

针对INS/GNSS组合导航仿真中捷联惯导系统陀螺、加速度计信号高精度模拟问题,提出基于实际飞行数据插值的动态轨迹解析生成仿真算法。对转换到地心惯性坐标系中的载体姿态、位置和重力场数据进行关于时间的样条函数插值,得到载体坐标系下陀螺角速率、角增量以及加速度计比力积分增量的高精度分段解析表达式。使生成的陀螺、加速度计信号符合载体运动学和动力学特性,反映杆臂效应影响,同时与经事后处理的实测GNSS伪距、伪距率等数据特征保持一致。提出四元数约束插值算法,其可满足四元数解析插值时范数为1的约束限制条件。基于某实际无人机飞行数据,验证了所提算法的有效性,其完全满足组合导航动态仿真精度要求。该算法也适用于其他高精度高动态导航系统和刚体运动控制仿真中的角运动、线运动传感器信号模拟。     

基于自适应滤波的GPS/INS数据融合算法

研究了高动态环境下的GPS/INS组合导航系统,重点讨论了基于伪距、伪距率的GPS/INS数据融合算法.借助于载体的运动模型、GPS系统和INS系统的定位误差模型,建立了组合导航系统的状态方程和量测方程,利用自适应Kalman滤波算法实现了GPS/INS系统的伪距、伪距率融合.最后,利用实测数据对数据融合算法进行了仿真,结果显示该数据融合算法能够增强组合导航系统的精度、可靠性和完备性.     

水下旋转平台惯导的单点校正算法

为增强惯性器件误差可观测度,满足高精度导航要求,基于平台方位旋转技术,设计了水下旋转平台惯导系统(ARGINS)陀螺漂移的单点校正算法。首先,引入旋转平台惯导的误差方程,利用Laplace变换分析了陀螺漂移和加速度计零位偏置对系统时域特性的影响;其次,设计了针对水下旋转平台惯导的单点校正算法,包括旋转平台惯导的初始对准、状态切换以及方位陀螺漂移的单点校正;最后,对单点校正算法进行了仿真实验。仿真结果表明:该单点校正算法可有效估计和补偿方位陀螺漂移,同时降低东、北向陀螺漂移以及加速度计零位偏置对系统误差的影响,有效抑制后续导航误差发散现象,提高导航精度。     

VFD滤波器的导航信道模拟器动态时延模拟方法

针对卫星导航信道模拟器信号仿真中,传统伪距多普勒模拟方法瞬时控制精度差、滤波器资源占用较大的不足,提出了基于拉格朗日插值延迟滤波器及Farrow结构实现的伪距多普勒模拟方法。在分析信道模拟器系统架构的基础上,建立了多普勒模拟方法的模型,包括延时计算模块和可变延迟滤波器两部分。与多速率采样数字延迟滤波器方法比较,该方法滤波器系数个数约为后者的0.2%,并且改变时延特性时,仅需更新1个参数。信道模拟器实测数据结果表明使用该方法伪码多普勒模拟精度可以达到0.1mHz。     

基于VFD滤波器的导航信道模拟器动态时延模拟方法*

针对卫星导航信道模拟器信号仿真中,传统伪距多普勒模拟方法瞬时控制精度差、滤波器资源占用较大的不足,提出了基于拉格朗日插值延迟滤波器及Farrow结构实现的伪距多普勒模拟方法。在分析信道模拟器系统架构的基础上,建立了多普勒模拟方法的模型,包括延时计算模块和可变延迟滤波器两部分。与多速率采样数字延迟滤波器方法比较,该方法滤波器系数个数约为后者的0.2%,并且改变时延特性时,仅需更新1个参数。信道模拟器实测数据结果表明使用该方法伪码多普勒模拟精度可以达到0.1mHz。     

无缝GPS／INS组合导航系统的设计与实现

针对GPS卫星信号失锁条件下GPS/INS组合导航性能大幅度下降的缺点,设计了一种基于ANFIS的无缝组合导航方法,当卫星数目不低于4颗时采用伪距,伪距率的卡尔曼滤波算法,一旦卫星数目少于4颗时采用ANFIS系统估计导航误差,抑制INS的误差积累,从而实现无缝导航.动态车载实验表明,该方法切实可行,相对于传统的紧组合方法,有效地提高了组合导航系统的定位精度和抗干扰能力.     

载体角运动对旋转式惯导系统旋转调制效果的影响

为了提高惯性导航系统长时间导航精度,采用旋转调制技术将惯性器件常值误差在导航系中调制成周期变化的信号,抑制系统误差发散.基于惯性测量单元误差模型,阐述了旋转调制技术的基本原理.理论分析了载体角运动对旋转调制效果的影响,推导了载体水平角运动下导航系中等效陀螺误差方程.进行了仿真和试验.理论分析、仿真和试验结果表明:载体水...     

高动态环境下基于H_∞滤波的深组合导航技术

捷联惯性导航系统(SINS)/全球定位系统(GPS)组合导航系统是适用飞机和现代武器装备的高精度导航系统。针对高动态环境下GPS/SINS组合导航系统的定位精度问题,以炮射无人机为例提出基于H∞滤波技术的SINS/GPS伪距、伪距率深组合导航方案,用于提高高动态环境下组合导航系统的精度和鲁棒性。仿真结果表明,H∞滤波器不但比Kalman滤波器鲁棒性强,而且可用于带有强有色噪声的高动态系统中,并能保持较高的精度。     

单轴旋转航位推算系统姿态误差补偿方法

针对水下载体在航行过程中由于旋转引起导航定位误差问题,对旋转航位推算导航系统进行误差分析,采用姿态四元数法推导了姿态误差方程,并提出将加速度计信号周期性变化提取的姿态角作为量测的姿态误差补偿方法,利用Sage-Husa自适应滤波器估计姿态误差并进行补偿,从而抑制陀螺漂移的影响.通过不同路径下的仿真研究,表明该算法能够提高单轴旋转航位推算系统姿态解算精度,在400 s时,姿态角精度可提高40％以上,定位精度提高49％.     

基于角速率输入的圆锥误差补偿算法

针对光纤陀螺姿态测量系统中利用角速率拟合角增量进行圆锥误差补偿精度下降的问题,在陀螺仪角速率输入下,采用参数解析法优化的三子样算法,直接利用陀螺的角速率输出进行圆锥误差补偿。同时考虑工程实际中滤波器的影响,推导滤波角速率输入下三子样误差补偿算法的具体表达形式。仿真分析表明：参数解析法优化的角速率输入圆锥误差补偿算法优于传统算法;而针对滤波器引入的不可忽略的算法误差,可通过修正圆锥算法系数进行补偿。     

光纤陀螺惯性导航算法及其仿真

针对角速率和比力输入时的惯性导航算法进行了深入的研究。对高动态环境下的不同的姿态更新算法进行了对比研究,提出了一种新的速度和位置更新中的转动补偿算法,它将低动态和高动态(划船效应和涡卷效应)转动效应合二为一进行修正。并对系统算法进行了计算机仿真研究,最后给出了仿真结果。     

惯性传感技术发展与展望

利用GPS辅助INS的系统已在各种应用领域崭露头角,这些新的应用领域将驱动市场对极低成本惯性传感器的大量需求。在回顾惯性传感技术的发展历程、研究热点、应用领域的基础上,讨论和展望了光纤陀螺仪、微机械陀螺仪和加速度计,以及微型光学传感器技术近期和远期的发展趋势。     

无陀螺捷联惯导系统角速度解算方法研究

传统的捷联惯导系统通常用陀螺仪测量载体的角速度,无陀螺捷联惯导系统用加速度计代替陀螺仪,从加速度计输出的比力中解算载体的角速度,角速度的解算精度决定了无陀螺捷联惯导系统的性能及能否在实际中得到应用。分析了一种12加速度计配置方式的无陀螺捷联惯导系统的角速度解算方法,并将卡尔曼滤波技术应用于角速度解算,提高了角速度求解精度。     

高超声速巡航飞行器中制导研究

通过分析目前应用较为普遍的几种组合导航方式,针对高超声速巡航飞行器,提出了采用捷联惯性导航系统(SINS)/GPS/天文导航系统(CNS)组合导航作为其中段制导方案,并利用四元数法进行捷联惯性导航计算,运用联邦滤波方法对组合导航进行了仿真,仿真结果表明该方案行之有效。     

惯性测量匹配法测定船体变形实施方案研究

介绍了船体变形的产生原因,详细分析了船体变形对航姿参数的影响和惯性测量匹配在实船上测量船体变形时的几种实施方案。分别讨论了在中心航姿系统部位和局部基准部位是否安装加速度计和速率陀螺时的不同情况,具体推导了变形角、局部基准部位的航姿角和摇摆线速度的计算公式。对各种方案进行了分析比较,指出了各自的优缺点,为惯性测量匹配法在实船上的应用打下了基础。     

旋转调制式捷联惯导误差分析

系统级旋转自补偿技术可以使捷联惯性导航系统的误差发散得到一定程度的抑制,是在现有元件水平不变的情况下提高系统精度的有效方法.对于不同的误差项,旋转补偿技术具有不同的调制效果.针对目前研究较为广泛的8位置双轴转位调制方素,对被调制后的误差公式进行了推导和分析,分析发现:常值零偏、逐次启动漂移以及缓变漂移都可以得到较好的调...     

一种改进的扩展旋转矢量姿态算法

在分析扩展旋转矢量姿态算法的基础上,基于典型圆锥运动理论以及迭代算法的思想推导了一种面向四子样的改进扩展旋转矢量优化算法.给出了较为详细的算法推导过程和具体公式.为检验改进算法的有效性,先后采用传统的四元数法、扩展旋转矢量法以及改进算法,对载体的典型圆锥运动进行了计算机仿真研究.结果表明,该优化算法不仅改变了捷联惯性导航系统中陀螺子样的利用方式,而且提高了系统旋转矢量的计算精度以及姿态算法的实时性.     

高精度惯测组合标定误差分析

惯性测量组合(IMU)标定误差分析对于惯性导航系统性能评估、误差分配和器件设备选型具有重要意义,但目前关于高精度IMU标定误差的定量讨论很少。借助四元数旋转矢量理论建立了转台轴正交度误差和转角控制误差模型,结合IMU测量误差的表示,定量分析了一种典型多位置标定编排方式下的标定误差。仿真结果和捷联惯性导航系统的试验结果证实了标定误差分析的正确性。     

近界视景导航中森林场景加速绘制

作为近界视景导航中典型地物,三维几何树模型能提高虚拟场景视觉精度,增强场景真实感,但会导致大规模森林场景绘制效率降低,从而降低视景导航精度。为提高绘制效率以确保视景导航精度,并提高场景真实感,采用布告板云算法构建了基于视距的多分辨率树模型,针对算法在近界视景导航应用中存在的问题进行了改进。为进一步提高近界特别是贴地飞行时高动态视点下视景导航精度,根据有限视域、威胁区域以及视觉冗余等特点,提出了一种基于高动态视点的加速绘制算法。通过实验对比分析,算法大幅提高了场景绘制效率,增强了场景视觉质量,提高了虚拟场景导航精度。     

惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性分析

针对惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性问题,深入研究了系统模型与平台坐标系对惯性仪表安装误差可观测性的影响。根据不同系统动力学模型和观测量构建四种系统模型。从可观测性定义出发,分析与判断惯性仪表安装误差在不同系统模型和不同平台坐标系下的可观测性。理论分析和仿真结果均表明惯性仪表安装误差在以下两种情况完全可观:观测量为平台框架角和加速度计输出,系统动力学模型为框架角模型,平台坐标系以平台六面体为基准定义;观测量为加速度输出,系统动力学模型为姿态角或失准角模型,平台坐标系以加速度计敏感轴为基准定义。