一种基于磁钉和惯导系统的机器人导航控制算法

智能移动机器人能够通过传感器感知环境和自身状态。针对移动机器人变电站巡检的需求,提出了一种基于磁传感器、低精度惯导系统、编码器的机器人导航控制方法。为了校准惯导系统和编码器的积累误差,并标记机器人移动路径,在路径上每隔一段距离设置一个磁钉。在两个磁钉之间根据惯导系统提供的航向控制机器人直行。在磁钉位置,机器人根据磁钉信息校准惯导航向误差及机器人位置误差,并调整机器人航向。该算法所用传感器成本较低,算法简单易行,在工程上易于实现,提高了变电站巡检机器人导航的实时性和定位精度。     

适用于低精度惯导的非线性对准方法研究

给出了一种适用于低精度惯导的非线性对准模型.用乘性四元数形式定义捷联惯导的姿态误差,推导了捷联惯导的非线性速度误差方程和姿态误差方程.基于速度量测信息,给出了大失准角条件下的非线性对准模型,通过UKF算法估计失准角完成精对准.仿真结果表明,在陀螺精度为0.1°/h的情况下,在360s对准时间内达到水平0.03°,方位1.5°的精度(1σ).即使当方位误差达到90°,非线性模型仍能正常收敛.最后通过转台摇摆试验进一步验证了非线性模型的有效性.     

不同惯导间距对采煤机定位精度的影响研究

为保证矿用采煤机快速准确定位,并精准地完成煤层的截割及其智能调高和调速等工作,采用多惯导冗余定位法,对比研究不同惯导间距对采煤机定位精度的影响.结果 表明,经多惯导冗余算法处理后,三套惯导得到的采煤机定位精度都有所提升,在惯导间距是0.2 m时,球概率误差最小,增加至0.3m后趋于稳定;且在惯导间距是0.2m时,估计三角形所在平面法向量平均偏移角度也最小,采煤机的定位精度最高.     

联合旋转调制激光陀螺惯导性能在线评估

无外界基准信息时,针对舰艇单、双轴旋转调制激光陀螺航海惯导冗余配置情况下双轴旋转惯导间性能的在线评估问题,提出了联合旋转调制激光陀螺航海惯导相对性能的在线评估方法。一套单轴旋转惯导分别与待评估的双轴旋转惯导构建联合误差状态卡尔曼滤波器,状态为各系统位置误差、速度误差、姿态误差的差值及各自的陀螺漂移、加速度计零偏,以系统间的位置、速度差值为观测量,通过联合旋转调制策略编排改变系统间的相对姿态,可观性分析表明,包括单轴旋转惯导方位陀螺漂移在内的所有状态均完全可观;以不同滤波器估计得到的单轴旋转惯导方位陀螺漂移估计值的标准差为评价指标,对双轴旋转惯导随机误差进行在线评估。半实物仿真和实际实验结果表明:双轴旋转惯导激光陀螺随机误差差异的区分度可达10%;144h(6天)导航时间内,以单轴旋转惯导方位陀螺漂移估计值的标准差为评价指标,可以实现不同双轴旋转惯导相对性能的在线评估。该方法为旋转调制激光陀螺航海惯导冗余配置情况下的系统优选提供了理论依据。     

基于安装方式激励的捷联惯导在线标定算法研究及仿真分析

研究了惯性测量单元(IMU)机载安装方式对捷联惯导在线标定的影响.首先针对动力调谐捷联惯导系统的误差进行了建模和参数估计分析.以激励误差输出为目的,通过改变IMU在试验飞行器的安装位置,从理论算法角度分析了角度偏移和位置偏移两种安装方式对IMU输出的影响,提出基于安装方式激励的捷联惯导在线标定算法,并进行了标定后的补偿效果验证.仿真表明,该算法能有效标定出动态情况下的惯导误差参数,IMU安装方式对惯导的空中在线误差标定起到了很好的激励作用,在同等航迹要求下大大提高了标定精度.     

惯导/双目视觉位姿估计算法研究

无人飞行器自主导航系统作为无人机自主控制的核心,是制约无人机性能提升的关键因素.传统的惯导/GPS组合导航系统受其自主性、稳定性等限制无法满足无人机导航需求.在分析视觉导航特性的基础上,针对无人飞行器复杂运动特性,设计了基于非线性尺度空间的双目视觉三维位姿估计算法.在此基础上,针对双目视觉导航存在的位姿估计误差累积问题,提出了基于惯导/视觉融合的无人飞行器位置和姿态估计算法,利用卡尔曼滤波实现惯导与视觉信息的融合.通过仿真验证和实际跑车验证结果表明,提出的双目视觉位姿估计算法相比SIFT算法能够有效提高视觉图像特征检测准确度,惯导/视觉组合算法能够有效提高位姿估计精度,组合定位精度优于2.5m.     

单轴旋转惯导系统中陀螺漂移的精确校准

基于惯导系统的误差传播特性和轴向陀螺对经纬度误差的影响规律,提出了精确校准轴向陀螺漂移的方法以解决在单轴旋转惯导系统中单轴旋转只能自动补偿与转轴垂直的陀螺漂移,不能补偿轴向陀螺漂移的问题.首先,介绍了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理.然后,在静基座的条件下分析了轴向陀螺漂移、初始方位和姿态角误差、初始速度误差等对经纬度的影响规律.提出了一种利用经纬度误差作为观测量,采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确校准的新方法.最后,利用激光陀螺单轴旋转惯导系统进行了静态导航试验和跑车试验.实验结果显示,该方法对轴向陀螺漂移的辨识精度达到o.000 5(°)/h,系统的定位精度优于1 nm/72 h.该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移,使系统达到较高的导航精度,具有很强的工程实用价值.     

制导火箭弹GPS/INS全组合导航系统仿真研究

为了提高惯性导航系统(INS)对制导火箭弹飞行信息的测量精度,通过建立包括GPS误差模型在内的17维状态变量的系统动态方程,对增加不同的外部观测信息量对惯导系统的误差修正能力进行了分析,应用卡尔曼滤波方法,并对采用GPS姿态测量信息对惯性导航系统的误差修正能力及滤波器初始估计误差较大的原因进行了模拟仿真。仿真结果表明,由于GPS姿态测量信息的引入,为惯导系统增加了误差的直接观测量,从而使得制导火箭弹的位置、速度和航向误差大大降低。研究结果对改善低成本惯性导航系统对制导火箭弹的导航性能具有一定的现实意义。     

基于CKF的SINS大方位失准角初始对准

大方位失准角捷联惯导系统(strapdown inertial narigation system,SINS)误差方程是非线性的,为改善非线性模型下初始对准的精度,提出将一种新的非线性滤波方法(cubature Kalman filter,CKF)应用于捷联惯导系统初始对准中。为此建立了大方位失准角下初始对准非线性模型,分析了基于spherical-radial cubature准则的CKF滤波原理,对非线性模型进行了CKF滤波仿真。仿真结果表明CKF能够很好地处理初始对准中的非线性问题,提高初始对准精度,方位失准角误差能够收敛到-33.13’,接近理论估计精度-32.40’,优于EKF的-84.14’。     

光电探测系统辅助SINS的动态对准方法

针对陆地战车对定位和定向系统的要求越来越高,提出了一种高精度的对准方法。采用光电探测系统计算出精确的车辆位置和航向,在两次光学定位过程中利用运动约束与零速修正组合的方法估计出惯导系统系统误差,进而估算出光电探测系统与捷联惯导系统之间的敏感轴安装偏角。仿真结果表明:光电探测系统的定向精度优于10″,定位精度优于0.1 m,敏感轴安装偏角的估计精度优于20″,因此本系统满足陆用战车的高精度动态对准需求。