基于强跟踪滤波的捷联惯导/里程计组合导航

针对车载里程计刻度系数受轮胎胎压、温度等的影响实时变化,提出采用强跟踪滤波进行捷联惯导/里程计组合导航。强跟踪滤波利用卡尔曼滤波残差序列相互正交的性质,在线实时调整渐消因子,对突变状态有较强的跟踪能力。提出采用平均速度匹配方法以消除载车振动及里程计量化误差对组合导航的影响,同时将杆臂误差列入状态量,消除不准确的杆臂在载车转弯时对组合导航的影响,建立了捷联惯导/里程计组合导航模型。进行了实际组合导航跑车试验,结果表明组合导航的定位精度优于1‰D。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

独立战术制导挂飞试验结果

进行了一次名叫独立战术制导验证(UTGV)的挂飞试验计划,把空军低成本惯性制导系统(LCIGS)作为捷联惯性基准装置。用于独立战术制导验证的捷联滤波、导航滤波和对准滤波软件已开发出来,并在承包商的处理机上实现。计划的第一阶段试验了惯导系统试验模型,第二阶段试验了工程模型(工业惯导系统)~+。在惯导系统试验模型测试过程中,无线电、惯性综合靶场测量系统(CIRIS)作为主导航基准变换用于校准和标定,而纯惯性的载机惯性导航系统(CAINS)用于工业惯导系统试验。地面和飞行试验是在Holloman空军基地用中央惯性制导试验设备(CIGTF)完成的。本文介绍承包商的室内试验、以及用中央惯性制导试验设备进行的地面试验和飞行试验的结果。     

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。     

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。     

多普勒雷达测速信号滤波方法分析

针对四波束多普勒雷达测速信号的特点,提出了适用于光纤捷联惯导/多普勒雷达/气压高度表组合导航系统应用的多普勒雷达测速信号滤波方法.分别分析了卡尔曼滤波、经典数字滤波和小波变换滤波方法在从含有噪声和野值的多普勒雷达测速信号中提取出原始信号的特点,并对实际跑车试验中测得的多普勒雷达测速数据进行了滤波处理.结果表明:小波滤波方法在降噪以及剔除野值方面性能更好,更能适用于组合导航中对多普勒雷达测速信号的精度要求.     

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。     

重力扰动对SINS水平姿态的影响

为研究动基座下捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System, SINS)水平姿态误差角与水平重力扰动间的关系,推导了南北方向、东西方向匀速直线运动时,SINS纯惯性解算的水平姿态误差与水平重力扰动间的传递函数,并分析了传递函数的零极点分布;推导了组合导航模式下,水平姿态误差角与水平重力扰动间的传递函数;通过仿真分析了纯惯性解算和组合导航模式下传递函数的幅频特性。组合导航相对于纯惯性解算模式,截止频率更大,SINS姿态误差角受更多高频重力扰动信号的影响,因此,组合导航模式需要更高分辨率的重力扰动数据来进行重力扰动补偿。此外,在对高精度SINS进行重力扰动补偿时,对于重力扰动分辨率的需求是有限度的,过于精细的重力扰动数据只会带来测量和存储压力,不能提高SINS的姿态精度。     

垂线偏差对捷联惯导姿态对准的影响和补偿

为研究垂线偏差对静基座捷联惯导精对准的影响,建立了考虑垂线偏差的捷联惯导误差方程,将重力扰动项分为引起比力测量偏差的部分g■和用于重力模型修正的部分δg~n,提出等效零偏■;基于考虑垂线偏差的静基座下Kalman滤波对准模型推导了姿态的极限对准精度,并给出提高水平姿态对准精度的最优垂线偏差补偿的表达式。仿真结果表明:垂线偏差主要影响惯导系统初始对准的姿态精度,尤其是水平姿态精度;但对捷联惯导系统进行垂线偏差补偿并不一定能提高姿态对准的极限精度,要根据垂线偏差的大小、方向具体分析;当按照最优垂线偏差补偿公式进行补偿时,能够最大程度地提高水平姿态对准精度。仿真结果与理论分析一致。     

舰载捷联惯导动基座 F-QUEST 初始对准方法

针对目前基于惯性系的捷联惯导动基座对准方法信息利用率不高及矢量观测选取不确定性导致对准精度下降的问题,提出了一种新的舰载捷联惯导动基座滤波四元数估计（filter quaternion estimation,F-QUEST）对准方法。构建了捷联惯导动基座初始对准模型,并利用姿态矩阵链式法则将惯导初始对准转化为姿态确定问题,进而采用 F-QUEST 算法求取姿态矩阵以实现捷联惯导动基座对准。车载试验结果表明：相比传统方法,新方法具有更高的对准精度和更快的收敛速度,水平姿态角误差只需3 s 即可收敛到0．01°。     

一种高超声速飞行器组合导航新方法

针对传统INS/CNS/GNSS组合导航3个异质传感器进行信息融合主滤波器易发散以及高超声速飞行器的特性,设计了由惯导与卫星导航深组合构成子滤波器1、惯导与间接敏感地平天文导航构成子滤波器2的SINS/CNS/GNSS组合导航新方法;详细推导了基于联邦滤波的位置、速度、姿态组合算法的观测矩阵的具体形式,最后对系统进行了仿真.仿真结果表明,该方法实现了精度和可靠性的有效一致,位置、速度和姿态精度较高,而且滤波器比较稳定.     

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。     

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。     

低成本SINS/GPS组合导航系统仿真

捷联惯导系统(SINS)由于受到自身传感器性能和惯性导航原理的影响,导航定位误差较大。随着GPS导航系统性能的不断完善以及GPS固有的一些不足之处,将SINS和GPS两者进行组合形成组合导航系统,以此来完成载体的导航任务成为目前的研究热点。针对一种适合于工程应用的低成本SINS/GPS组合导航系统进行了仿真研究,并对该组合导航系统建立了一种工程化的系统模型。利用自适应卡尔曼滤波器对系统误差进行估计,获得了良好的效果。通过仿真实验验证了所建立的系统模型能够满足组合导航系统的功能要求并具有良好的稳定性。     

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.