捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究

舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中，通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路，利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件，内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态，判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明，模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡，有效提高了捷联惯性航姿系统精度。     

一种改进的激光捷联旋转矢量姿态算法

激光陀螺最适合于构成捷联惯性导航系统，是当前捷联惯性导航系统的重要应用研究方向，其航姿算法精度对激光捷联惯性导航系统的精度影响很大。本应用激光陀螺当前迭代周期内及前两个迭代周期内的角增量输出，并根据在一个迭代周期内对陀螺仪采样的次数，提出了三种新的航姿算法表达式，并分析了此算法在典型圆锥运动输入下的漂移误差。仿真结果表明与传统的旋转矢量法比较，该新算法具有较高的精度，为改进旋转矢量算法提供了一种新的思路。     

基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统

当无人机机动飞行时,采用加速度计校正陀螺误差的测姿系统不能有效地修正陀螺漂移问题,为此提出了基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统.引入GPS速度信息、捷联加速度信息和角速率信息建立了基于欧拉角描述的融合测姿系统模型,采用强跟踪滤波器对姿态进行融合估计,有效地估计出陀螺的漂移误差,从而得到无人机准确可靠的姿态测量,同时可以修正无人机的运动速度.通过建立飞行仿真模型,在给定的飞行航迹段对所提出的多传感器姿态测量系统进行了仿真研究,结果表明:测姿系统能够有效地减小模型误差的影响,估计出陀螺的漂移误差,得到更加准确的姿态测量.     

单轴旋转光纤捷联惯导系统坐标不对准误差分析

对单轴旋转光纤捷联惯导系统的坐标不对准误差进行了分析.首先研究了基于同等精度惯性器件条件下,利用旋转调制技术提高捷联惯导系统性能的原理;其次,针对旋转捷联惯导系统中非调制惯性器件误差的累积问题,对传统的旋转结构提出了合理的改进.由于旋转结构受机械加工工艺的限制,其机械表面存在一定的倾斜误差,导致器件所在坐标系不完全重合.文中研究了其中两种坐标系不重合的情况,建立了相应的惯性器件等效误差模型,并通过角速率积分的结果,分析了两种情况下不重合误差引起的惯导系统精度的影响.同时建立了不重合误差与系统姿态、位置误差之间的对应关系,通过仿真实验深入地分析其影响程度.仿真结果表明,随着惯性器件精度的降低以及运动条件的剧烈变化,不重合引起的系统精度急剧下降.     

MEMS微惯性姿态系统的环境适应性优化设计技术

分析了MEMS微惯性姿态系统温度及载体运动等环境因素对MEMS惯性传感器的影响和姿态系统的关键技术;针对MEMS惯性器件的热环境优化,建立了基于有限元分析方法的热分析模型,仿真分析了散热设计方案,基于微惯性姿态系统样机,试验验证了散热设计的有效性;针对MEMS惯性传感器误差的强非线性特性,建立了全温范围分段线性误差补偿模型,改进了误差标定方法,有效提高了MEMS惯性器件的精度;分析了微惯性姿态组合算法的适用性条件,优化设计了基于载体飞行状态的微惯性姿态系统姿态滤波的约束条件。转台试验和飞行试验充分验证了环境适应性优化设计方法和结果的有效性,全程飞行条件下姿态误差优于2.5°,稳定飞行阶段姿态误差优于1°,该系统可满足姿态备份和微小型无人飞行器的应用需求。     

基于四元数方法的GPS航姿解算

应用ＧＰＳ载波相位双差测量来确定载体的航向和姿态需要解决两个主要问题：模糊度的确定和航姿算法。本文提出了ＧＰＳ航姿解算的四元数方法，直接利用ＧＰＳ载波相位双差 算姿态四元数，从而保证了姿态矩阵的正交性能。     

基于模糊调节无迹卡尔曼滤波器的地磁定轨研究（英文）

地磁定轨系统适合于对仪器复用率要求高的微纳卫星使用。考虑到地磁定轨系统的性能受限于地磁偏差,本文设计了模糊调节器,并构建了模糊调节无迹卡尔曼滤波器。将地磁偏差建模为随机游走,并将其变化率作为调节器的输入量,经模糊处理后,自适应调节滤波器的参数。SWARM-A卫星的实测数据实验表明,该算法可有效提升地磁偏差的估计精度,从而提升地磁定轨系统的性能。相较于传统的无迹卡尔曼滤波器,该算法的收敛速度更快,精度也更高,其位置误差均方根值为3.1 km.     

基于天文观测技术的惯性导航系统的空中对准

提出了一种基于CCD星敏感器的捷联惯性导航系统的空中对准方法.应用双线性方程求解被观测星在星敏感器坐标系中的坐标值及传统最小二乘微分校正法求解捷联惯性导航的姿态,该姿态值与捷联惯性导航解算姿态的差值就是惯性导航系统的失准角.作为Kalman滤波器的观测量,计算机仿真结果表明,天文姿态信息有效地校正了陀螺漂移和初始失准角引起的位置和速度误差.     

结合天文观测角量测的机载惯性/天文深度组合算法

针对姿态误差对天文观测角度量测的影响,提出结合天文观测角度量测的机载惯性/天文深度组合算法.在位置误差小角度关系分析的基础上,进一步分析惯导姿态误差引入的计算地理水平坐标系与当地地理坐标系之间的姿态误差小角度关系,推导并建立基于天文高度角和方位角量测的深组合惯性/天文量测方程,针对天文观测量测对高度通道不可观,增加气压高度为量测量,设计相应组合滤波方法.该方法充分考虑了姿态误差对于天文观测的影响,仿真验证表明所设计方案可以有效消除惯导系统陀螺累积误差,提高惯导系统的姿态精度,验证了其可行性.     

一类非线性多智能体系统的预定性能控制研究

针对一类非线性多智能体系统,研究了满足预定性能的协同控制问题。基于动态面控制技术和模糊逻辑系统的逼近特性,提出了一种含有预定性能的自适应协同控制算法,并对其进行了仿真。仿真结果表明了该算法能使系统中所有信号均有界,"跟随者"能与"领导者"的输出达到一致,且同步误差在预先给定的性能边界内,并提高了误差精度。     

Gradient Descent Algorithm for Small UAV Parameter Estimation System

A gradient descent algorithm with adjustable parameter for attitude estimation is developed,aiming at the attitude measurement for small unmanned aerial vehicle(UAV)in real-time flight conditions.The accelerometer and magnetometer are introduced to construct an error equation with the gyros,thus the drifting characteristics of gyroscope can be compensated by solving the error equation utilized by the gradient descent algorithm.Performance of the presented algorithm is evaluated using a self-proposed micro-electro-mechanical system(MEMS)based attitude heading reference system which is mounted on a tri-axis turntable.The on-ground,turntable and flight experiments indicate that the estimation attitude has a good accuracy.Also,the presented system is compared with an open-source flight control system which runs extended Kalman filter(EKF),and the results show that the attitude control system using the gradient descent method can estimate the attitudes for UAV effectively.     

用于弹道导弹的GPS/SST/SINS组合导航滤波算法实现

针对目前国内弹道导弹导航系统单一的情况,文中提出一种滤波算法.该算法将捷联星光跟踪仪(Strapdown star tracker, SST)的姿态信息、高速GPS的位置、速度信息与捷联惯导进行组合滤波,全面提高了导航的姿态、速度和位置精度.最后以该算法为核心,设计并实现了用于弹道导弹的GPS/SST/SINS组合导航系统实时仿真平台.仿真结果表明,该滤波算法稳定可靠,系统精度达到国外同等水平.     

小型无人直升机稳定杆建模与姿态系统设计

x对某小型无人直升机的稳定杆单独进行了建模,并着重分析了稳定杆在整个飞行控制系统中所起的作用以及它对姿态系统的影响。针对稳定杆所引起的姿态系统动态响应的峰值和弱阻尼,采取在控制策略中加入陷波器的方法进行补偿。仿真结果表明：陷波器消除了稳定杆所引起的峰值,提高了姿态系统的动态阻尼,姿态系统的性能得到了明显的优化,最后实现了姿态系统的自行稳定和按设定值变化,为小型无人直升机的姿态系统设计提供了工程设计方法。     

基于渐消卡尔曼滤波器的定位系统设计

针对无人机捷联式惯性导航系统(Strap-down inertial navigation system,SINS)定位精度低、全球卫星定位系统(Global position system,GPS)定位的非自主性,建立了一种无人机SINS/GPS定位信息融合系统。采用渐消Kalman滤波技术,有效防止了SINS/GPS组合导航系统的滤波发散。采用自适应运算法则,从理论上证明了渐消卡尔曼滤波器的稳定性,得到了滤波器稳定要求的新的条件,与以往研究比较,条件更为宽泛。分别进行了SINS/GPS常规卡尔曼滤波仿真和渐消卡尔曼滤波仿真,结果表明:采用渐消卡尔曼滤波技术在工程实践上可以有效提高无人机的导航定位精度,并且易于工程实现。     

Optimization Algorithm of UWB Positioning for Aircraft Assembly Workshop

Due to the complexity of strong metal interference and multiple occlusions in aircraft assembly workshop,the random "drift"phenomenon often happens in the ultra wide band (UWB)based positioning system.To solve this,a fusion positioning optimization algorithm is proposed based on median filtering,hidden Markov model (HMM)a nd Kalman filtering.Firstly,based on the three-dimensional (3D) median filtering,aqueue optimization method with weights is introduced to smooth the measurement data and eliminate the abnormal value.Secondly,taking Singer model as a reference,a single-dimension acceleration distribution model is designed.In order to further consider the spatial motion characteristics of objects in workshop,the distribution is extended from 1D to 3D,and discretized into the state quantity of HMM.Subsequently,the data obtained by the two methods are fused by taking Kalman filter as an iterator,and then the optimized location solution is obtained based on dynamic weights.Finally,an experiment is conducted in an aircraft assembly workshop.Results show that 99.3% of dynamic positioning errors are less than 15 cm after using the proposed algorithm.Even in the situation with large signal-fluctuation,there are 71.6% of positioning data whose errors are reduced.The random "drift"is greatly decreased.     

陆地战车的FSINS/DR/北斗双星信息融合技术

针对陆地战车的自主性定位需求,提出了一种新型光纤捷联惯导系统（FSINS）／DR／北斗双星组合导航系统方案,研究了多种子导航系统的测量信息融合技术。提出并介绍了Fiber—SINS／DR／北斗双星组合方案的设计思想与结构组成,讨论了信息融合的具体方法,并且针对融合后的测量信息设计了一种实用卡尔曼滤波器,最后进行了跑车实验。结果表明,组合方案设计合理,能够有效地提高惯导系统的定位精度,同时满足陆地战车的自主性定位要求。     

Kalman滤波技术在磁航向和捷联惯性组合系统初始对准中的应用

研究了磁航向和捷形惯性组合系统初始对准的设计方法。该方法能在初始对准过程中用卡尔曼滤波器估计出陀螺仪的随机常值漂移，从而提高了系统的对准精度。文中给出了系统的状态方程和测量方程，建立了完全闭环控制的卡尔曼滤波器，最后给出了二组不同条件下的模拟结果。     

分布式卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的应用研究

本文研究了分布式卡尔曼滤波器在GPS/INS组合导航系统中的应用。给出了系统的结构框图和动态方程,设计一个分布式卡尔曼滤波器,并进行了计算机误差模拟分析。结果表明;采用分布式卡尔曼滤波器的组合系统可减少计算时间,且导航位置误差小于15m。