Butterworth低通滤波器的舰载RLG PINS初始对准精度分析

系泊状态下,用Butterworth低通滤波器解决舰载RLG PINS初始对准中杆臂效应问题时,对准的精度受安装误差、杆臂长度和舰船摇摆等因素的影响。通过仿真分析,认为Butterworth低通滤波器适于解决风浪干扰下的舰载平台系统初始对准中的杆臂效应问题,且安装误差、安装位置是影响对准精度的主要因素,提高系统标定精度,并尽量使系统安装在船体对称面内,可以提高对准精度。     

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.     

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。     

载体行进间对准杆臂误差补偿算法

针对载体行进间对准过程中由于杆臂误差所造成的对准结果偏差问题,通过分析杆臂误差的产生机理,提出采用力学方程的方法对杆臂长度进行测量,并将测得的杆臂长度代入到力学方程,同系统的误差模型相结合,组成新的状态量测方程,通过5阶CKF算法,实现了杆臂误差的在线补偿。仿真和实验结果表明:通过此方法,可以实现载体行进间杆臂长度的实时估计,根据估计结果,实现对于杆臂误差的在线补偿,从而提高对准的精度。     

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。     

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。     

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。     

系泊状态下舰载捷联惯导系统自对准研究

系泊状态下舰船发生三轴摇摆,使惯性元件中附加摇摆信息,严重影响对准精度。给出了较为完整的对准办案：在粗对准阶段,将惯性元件输出数据进行预处理以实现姿态矩阵的粗略估计;住精对准阶段,采用参数辨识法计算角速度和角加速度以实时估算杆臂K度,实现对杆臂误差的补偿,并通过卡尔曼滤波完成对姿态的精确估计。仿真结果表明：粗对准方案能够较准确地实现水平姿态跟踪,参数辨识法避免了对角增最二次微分引入的误差,验证了方案的可行性。     

机载卫星导航终端定位精度试飞中杆臂效应的校正

飞机/直升机加装机载卫星导航终端后,需要对终端的定位精度进行试飞测试。由于试飞测试中产生基准数据的机载差分卫星导航系统(DGNSS)天线通常无法与待测终端(TUT)天线共用安装位置,因此,两者测量结果存在杆臂效应,从而导致试飞中TUT产生的定位数据相对基准数据存在变化的偏差。通过分析试飞测试中差分卫星导航系统产生的基准数据与被测终端输出测量值的关系,给出了统计意义上的待测终端精度计算方法,可有效校正杆臂效应对待测终端定位精度分析的影响。最后,仿真分析验证了方法的正确性,并在实际试飞测试中进行了应用。     

浮球式惯性平台连续翻滚自标定自对准方法

针对浮球式惯性平台系统的标定与初始对准问题,提出了一种基于姿态角的连续翻滚自标定自对准方法。根据浮球平台工作原理,建立了惯性器件误差模型,推导了浮球平台的姿态动力学方程;设计了平台在重力场连续翻滚的施矩方案;利用分段线性定常系统和输出灵敏度理论分析了系统的可观性。仿真结果表明,该方法可以同时实现平台系统42项误差系数的高精度标定与初始对准,有效地提高了系统的测量精度。     

转台-陀螺飞轮标定系统误差灵敏度分析方法

陀螺飞轮是一种适用于微小航天器的新型姿态测控一体化装置,利用转台对其进行多位置标定是提高其测量性能的主要途径。为保证标定精度,从陀螺飞轮标定原理和标定误差来源出发,全面考虑转台自身定位误差、轴线回转误差、垂直度误差、相交度误差、以及转台与陀螺飞轮间安装误差等因素的影响,基于多体系统理论推导了多误差因素作用下的误差传递机理,在此基础上,基于Sobol法分析了全局误差灵敏度,得到了各误差因素对标定基准量影响程度的定量分析结论,实现了关键误差溯源。分析结果为有针对性提升标定系统关键误差指标及标定试验的优化设计提供了理论依据。     

战车火炮姿态测量系统原位标定技术和方案设计

为了降低姿态测量系统的启动漂移和标定误差,提高测量和导航精度,针对系统安装特色,提出了一种原位快速标定方案。分析了系统可观测性,利用等效陀螺信息推导了多位置原位标定方案;研究了最优标定和次优标定问题,分析了标定精度和坡度之间的关系;设计了一种针对系统安装特色的多位置编排方案,完成了大坡度范围下的原位标定。仿真结果表明:方案要求简单,应用范围广,能够完成大坡度范围下高精度快速标定,具有重要的工程应用价值。     

基于模糊基函数网络的机械臂免模型输出反馈PD控制

针对无速度信息的机械臂轨迹跟踪控制问题,提出了一种带观测器的机械臂免模型模糊基函数网络输出反馈PD控制。所设计的模糊基函数网络被用来估计关节速度,并同时用来补偿系统的未知不确定。网络的权值及参数调整采用混合算法,且能够在线自适应实时调整,不需要离线学习阶段。所提出的观测器及控制器均不需要任何的机械臂动态模型(包括惯性矩阵逆),并通过引入PD控制使整个方案更易工程实现。基于Lyapunov理论证明了整个闭环系统一致最终有界。两关节机械臂试验结果进一步证明了这种基于观测器的反馈控制算法的有效性。     

高超声速飞行器组合导航系统研究

为提高高超声速飞行器的导航精度,在SINS/GPS位置、速度组合导航模型基础上增加了GPS姿态信息,推导了姿态算法中姿态角误差与平台误差角的关系。通过理论分析说明了其可消除数学模型误差,提高系统的姿态精度,并以此建立了SINS/GPS组合导航系统姿态、位置、速度观测方程。通过仿真验证了该算法的有效性,结果表明SINS/GPS姿态、位置、速度组合导航可以有效提高高超声速飞行器导航定位精度。     

加速度计交叉耦合系数高精度标定

为了在1g重力场用转台标定惯性导航系统加速度计交叉耦合系数,提出基于正交多位置递推滤波算法标定加速度计的方案,通过建立正交多位置标定模型,抑制了转台误差对标定精度的影响,设计基于马尔科夫递推估计滤波算法,克服了一般最小二乘集中估计中多维矩阵求逆算法误差。仿真结果表明通过28位置标定,加速度计交叉耦合系数标定精度可达到10－7 g·g－2（ RMS）量级。     

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。     

加速度计动态误差系数标定的仿真研究

为了简化加速度计动态误差系数的标定过程,缩短标定试验时间,在建立加速度计动态误差数学模型的基础上,结合三轴转台模型及测试原理,一次性标定出加速度计动态误差系数,同时避免了角振动台的使用。最后利用MATLAB软件进行仿真试验,得到了较好的结果。     

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。     

基于改进QPSO-NN的冗余机械臂逆运动学算法

针对某种冗余机械臂逆运动学求解的问题,提出了一种基于改进量子粒子群神经网络的求解算法。以冗余机械臂末端位姿为输入,经神经网络求得其逆解;针对神经网络输出结果误差较大的问题,把神经网络求初值加入初始化的粒子群中,通过基于Metropolis准则改进量子粒子群算法,避免了量子粒子群算法的早熟现象;以关节坐标经正向运动学求得的末端位姿和期望位姿的误差为适应度函数,对机械臂关节坐标迭代寻优。仿真结果表明该方法结合了神经网络算法的快速性和改进量子粒子群算法的精确性,满足求冗余机械臂逆运动学问题的速度和精度要求。     

基于遗传算法整定的空间机械臂控制方法

针对空间机械臂关节角度控制时中存在的精度较低、建模误差较大等问题,采用遗传算法对PID参数进行整定的空间机械臂控制算法,可以有效地提高了关节角度控制的精度。仿真结果表明,使用遗传算法PID参数的整定算法,对空间机械臂关节角度具有较好控制性能,并且克服了传统PID调整参数困难的缺点。