旋转弹导航算法研究北大核心

首先仿真分析了传统导航算法对旋转弹的适应性,并对其局限性产生的原因进行了分析。基于此,提出了3种不同的思路,分别为基于弹体系、准弹体系和四元数运动学的四元数更新算法,并进行了仿真分析。结果表明,这3种思路对提高旋转弹导航精度都起到了有利的作用。     

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.     

高动态载体的捷联航姿算法仿真研究

在总结旋转四元数方法和旋转矢量三子样优化算法的基础上,以高动态栽体为对象,将2种航姿算法在Matlab环境下进行了仿真对比.仿真结果表明,在典型圆锥运动下,旋转四元数方法没有补偿不可交换误差,解算精度较低.旋转矢量优化算法在高动态栽体的航姿解算中的姿态描述是有效和适用的.     

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％.     

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。     

Unscented粒子滤波算法在合成孔径声纳组合导航中的应用

研究了基于捷联惯导(SINS)、多普勒声速剖面仪(ADCP)的水下组合导航方法。建立了基于四元数的SINS/ADCP误差模型。针对一般粒子滤波算法中存在的粒子退化问题,对Unscented粒子滤波算法进行了研究,并应用于SAS导航模型。算法采用Unscented卡尔曼滤波(UKF)引入了最新观测量来产生粒子滤波(PF)的建议密度分布,提高了状态估计的性能。仿真结果表明:在SAS复杂的运动情况下,UPF算法比传统粒子滤波算法具有更高的精度。     

一种改进的高动态SINS姿态更新算法

为了提高捷联惯导姿态解算的精度,介绍了捷联惯导姿态更新的流程及常用方法,并提出了一种改进的等效旋转矢量姿态解算算法。对改进算法的姿态解算算法在低动态条件和高动态条件下分别进行了仿真实验,结果表明改进算法在低动态条件下的姿态解算精度和毕卡四元数法相当,在高动态条件下的姿态解算精度远高于传统毕卡四元数法。     

火箭弹载惯导误差分析

在对火箭弹载惯导进行射前标定时考虑的误差主要包括零偏误差、标度因素误差、安装误差。标定的误差参数越多,难度越大,如果能抓住影响弹丸制导精度的主要误差,将可简化标定算法,简化标定过程,提高标定效率。基于这样的思路,将飞行中的弹丸类比为旋转惯导,从误差方程入手,采用提取误差直流分量的方法对飞行中的弹载惯导进行误差分析,得出影响导航精度的主要误差参数,并仿真验证了所得结论的正确性,为后续简化标定方案提供了理论依据。     

鲁棒四元数无味卡尔曼滤波算法在组合导航姿态估计中的应用

针对SINS/GPS直接式组合导航姿态估计中,GPS信号易受外界干扰而引入污染观测量等问题,提出基于Huber的鲁棒化四元数无味卡尔曼滤波算法。通过研究在四元数无味卡尔曼滤波算法中引入Huber鲁棒化框架,对原算法的量测更新进行修正,增强滤波算法的鲁棒性与稳定性。以SINS/GPS位置松组合为应用背景,在不同仿真环境下,验证提出算法对姿态信息的估计效果。试验结果表明:与原算法相比,该算法具有更好的鲁棒性和稳定性。     

采用单位四元数的旋转约束RRT路径规划

针对船舶虚拟原型设计时装配拆卸路径规划中的旋转约束问题,提出了一种基于快速随机探索树的旋转约束路径规划算法。该算法首先针对三维空间中的旋转提出了一种新的单位四元组随机采样函数,然后将单位四元数内积引入到C空间距离度量函数中,对路径中的旋转变化量进行控制。实验证明:该算法能够对刚体的旋转范围进行有效控制,同时还降低了运动过程中的旋转变化量。     

基于X射线脉冲星绝对定位中的整周模糊度改进算法研究

基于X射线脉冲星导航定位方法是一种全新的自主导航技术。该文给出了脉冲星绝对定位的基本原理,针对有关文章存在的疑问,提出了脉冲星导航绝对定位中整周模糊度改进算法,并对其进行了深入的分析和理论推导,通过仿真计算脉冲星整周模糊度和航天器的位置,得到了较理想的定位精度。这种新改进的整周模糊度算法为脉冲星绝对定位提供了新的思路。     

捷联惯导位置更新中的多子样算法

以地理坐标系作为导航坐标系,推导了捷联惯导位置更新中的位置增量算法;提出了基于曲线拟合的多子样(二、三、四子样)涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法.仿真结果表明,二、三、四子样涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法都能有效地计算出涡卷补偿和位置旋转补偿值,并且二、三、四子样涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法的精度依次提高.     

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。     

理想通信条件下弹星协同定位方法北大核心

为了提高弹载电子侦察设备的定位精度,对目标实施更精确的打击,提出了理想通信条件下的弹星协同定位方法,对基于概率的定位原理进行了分析,对定位系统的架构及定位流程做了说明,并在STK中做了仿真演示,提出基于概率的弹星协同定位算法,给出了该算法的数学推导,并对算法进行了仿真实验,验证了该算法的有效性并对算法性能做了一定分析。     

理想通信条件下弹星协同定位方法

为了提高弹载电子侦察设备的定位精度,对目标实施更精确的打击,提出了理想通信条件下的弹星协同定位方法,对基于概率的定位原理进行了分析,对定位系统的架构及定位流程做了说明,并在STK中做了仿真演示,提出基于概率的弹星协同定位算法,给出了该算法的数学推导,并对算法进行了仿真实验,验证了该算法的有效性并对算法性能做了一定分析。     

基于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,提出了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。提出了四元数约束插值算法,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,验证了所提出算法的有效性,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。     

马格努斯效应对旋转弹自动驾驶仪影响的研究

为了分析马格努斯力矩对单通道旋转弹自动驾驶仪的影响,在准弹体系下建立了旋转弹加速度反馈自动驾驶仪模型.观察了不同马格努斯力矩对自动驾驶仪的影响,并与速率陀螺反馈自动驾驶仪进行了对比.仿真结果表明了该建模分析方法的正确性,并证明了加速度反馈相对速率反馈能够有效降低马格努斯力矩对旋转导弹的干扰作用.     

一种基于零控脱靶量的滑模末制导律设计

基于零控脱靶量的思想,提出一种能够有效针对大气层再入目标的滑模末制导律.首先,建立纵向平面内的弹目相对运动方程;然后利用扩张状态观测器对目标机动加速度信息进行估计,并对零控脱靶量算法进行分析,提出了制导律的设计思路;接着利用滑模变结构控制理论进行制导律的推导;最后进行仿真分析,仿真结果证明,所设计的制导律能够很好地对目标弹进行拦截,并且指令的跟踪效果也很好,从而验证了算法的有效性.     

基于误差四元数的战术导弹垂直发射姿态调转滑模控制器

针对战术导弹垂直发射姿态调转时的快速性要求,研究了垂直发射快速姿态调转的控制问题。首先基于误差四元数并结合垂直发射的具体特点,建立了战术导弹垂直发射的非线性数学模型;然后通过滑模变结构控制理论进行控制系统设计,得出了基于误差四元数反馈控制器,分析了系统的稳定性和鲁棒性。该控制器实现了绕欧拉特征轴的旋转,缩短了姿态调转的时间,最后通过仿真验证其有效性。     

基于DSP的旋转弹用微小型导航系统设计

在无陀螺捷联惯导系统中,针对旋转弹体积小、功耗大、采样频率高、姿态变化快、解算周期短等问题。为满足旋转弹对其导航计算机的严格要求,提出了一种基于DSP的旋转弹用微小型导航系统设计,首先叙述了系统的总体方案设计,接着重点介绍了系统各模块的软硬件设计。本设计在硬件上节省了系统的体积和功耗,软件设计上节省了解算周期。