载体运动学辅助的双轴旋转调制惯性导航算法

为提高车载捷联惯导系统的导航精度,提出一种载体运动学约束辅助双轴旋转调制的惯性导航算法。建立了惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)旋转的载体运动学约束模型,设计了32次序转位方案,在实现惯性器件误差自补偿的同时提高了系统可观测度,从而将提高了可观测度的载体运动学约束导航与旋转调制导航结合,进一步提高了导航精度。进行了4 000 s静止条件下的导航试验,结果证明此方法可以有效提高定位精度,水平定位精度和高度精度分别比双轴旋转调制导航提高48.2%和80.3%,比载体约束辅助导航提高85.1%和89.9%。最后通过车载实验验证了该方法的有效性。     

载体运动学辅助的双轴旋转调制惯性导航算法

为提高车载捷联惯导系统的导航精度,提出一种载体运动学约束辅助双轴旋转调制的惯性导航算法。建立了惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)旋转的载体运动学约束模型,设计了32次序转位方案,在实现惯性器件误差自补偿的同时提高了系统可观测度,从而将提高了可观测度的载体运动学约束导航与旋转调制导航结合,进一步提高了导航精度。进行了4 000 s静止条件下的导航试验,结果证明此方法可以有效提高定位精度,水平定位精度和高度精度分别比双轴旋转调制导航提高48.2%和80.3%,比载体约束辅助导航提高85.1%和89.9%。最后通过车载实验验证了该方法的有效性。     

双轴连续旋转激光捷联惯导误差高精度补偿方法

为进一步提高旋转调制惯导系统的自补偿精度,对旋转调制激光捷联惯导系统误差补偿技术进行了研究。针对双轴转位调制补偿精度有限的问题,提出了一种新的双轴连续正反旋转调制方法。以激光陀螺仪为对象,通过理论分析确定了连续旋转调制内外框架的调制速率;然后在常值误差补偿及有害误差效应补偿机理分析基础上,设计了双轴连续最佳旋转方案,在有效补偿激光捷联惯导系统项误差的同时,抑制了旋转所带来的有害误差效应,实现了旋转激光捷联惯导系统误差的高精度补偿。仿真结果验证了方法的有效性。     

用GPS数据进行机载SAR运动补偿处理

针对真实飞行条件下飞机运动和定位误差降低图像质量的特点,提出了用四个GPS(global positioning system)组合测量来确定飞机姿态参数的新方法,具体实现方法是使用一个主接收机送飞机各个部分的微分修正量给辅助接收机,三个辅助接收机送回基线向量,给出了实现该方法的具体步骤。并通过此方法实现了机载SAR(synthetic aperture radar)的实时姿态确定,结合距离-多普勒成像算法进行机载SAR数据的运动补偿处理。试验表明利用四个GPS提供的运动参数对具有大运动误差的SAR数据运动补偿后,能得到高质量的高分辨率SAR图像。     

旋转捷联惯导系统精对准技术

针对惯性器件常值偏差对捷联惯导系统导航精度的影响,提出了一种单轴旋转调制方案并建立该系统误差方程,将系统中陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变化的量。通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵来改善系统的可观测性。利用谱条件数法计算出惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)在静止和旋转状态下捷联系统的可观测度,采用卡尔曼滤波方法实现了旋转捷联系统的精对准。仿真结果表明,IMU旋转状态下的对准方法消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对系统对准精度的影响,大大提高了对准精度。     

旋转惯导系统误差自补偿原理分析及试验验证

为分析旋转惯导系统误差自补偿原理,分别推导陀螺漂移的随机常值分量、时间相关分量以及随机游走分量在捷联惯导系统和旋转惯导系统中造成的角度误差及其统计特性,并进行对比。结果表明,旋转可将陀螺漂移中的常值分量完全调制并能抑制时间相关分量的影响,但对随机游走分量造成的误差无调制效果。采用0.1(°)/h漂移率的陀螺和0.2 mg偏置的加速度计研制旋转惯导系统样机并进行导航试验,试验结果表明,该系统可以达到0.2 n mile/h导航精度。     

旋转自动补偿捷联惯导系统技术研究

利用旋转法补偿陀螺漂移是提高捷联惯导系统精度的有效途径之一。由于旋转的引入,惯性测量单元中陀螺的常值漂移将被调制成周期性信号,通过积分运算可以有效地消除常值陀螺的漂移影响。提出了一种新的单轴旋转调制方案,对该方案进行了理论推导、分析和仿真。与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明本方案可以消除所有方向上陀螺常值漂移的影响,从而大大提高位置和姿态精度。     

导弹射前惯测组件误差在线标定方案研究

弹上惯测组件(IMU)的误差是影响系统导航精度的重要因素,并直接决定导弹的落点偏差。针对离线标定的误差并不能完全反映实际使用时的误差状况,主要研究弹上惯测组件在一次通电情况下误差的在线标定方案。首先利用导弹水平、竖直和其他起竖位置来标定IMU的可行性分析,然后重点提出利用发射车从仓库到达发射点过程中停车位置的信息来辅助在线标定的方案,在理论分析的基础上给出了计算公式。最后,通过仿真结果表明,该方案能在一定精度条件下标定出IMU所有的误差参数,是行之有效的。     

基于状态变换卡尔曼滤波的DVL/SINS组合导航算法

针对捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)误差定义存在的坐标系不一致的问题,将速度误差统一投影在真实导航坐标系中,基于状态变换Kalman滤波推导了更严密的SINS姿态、速度和位置误差方程。进一步地,在新定义的速度误差和SINS误差方程的基础上,构建了改进的多普勒计程仪(Doppler velocity logger, DVL)/SINS组合导航卡尔曼滤波状态模型和量测模型。仿真和船载实验表明,与常规DVL/SINS卡尔曼滤波模型相比,所提算法可以处理传统DVL/SINS误差模型中坐标系不一致问题的影响,可在一定程度上提高组合导航系统的性能。     

一种准无陀螺惯导系统解算新方法研究

为了有效抑制随时间发散的无陀螺惯性导航系统(GFINS)的误差,提出了一种新的解算算法(GA6A法)。利用合理配置的6个加速度计和1个起辅助作用的低成本速率陀螺仪,形成一种新的准无陀螺惯性导航系统(NGFINS),通过加速度计组合的输出直接解算载体的角速度数值的绝对值,再利用陀螺仪决定角速度的正负性,从而可以使求解载体姿态和位置的积分次数分别减少1次。给出了新算法的理论推导过程,并对该算法进行了可行性和有效性仿真。当计算步长?t=0.01s,仿真迭代10000次时,采用该算法可使载体姿态角精度和位置精度提高70%以上。     

基于IMU/GPS的性能导航方法研究

利用直角坐标系与大地坐标系之间的关系,将状态方程直接采用经纬度描述,GPS测量数据与电子地图上的经纬度相匹配,建立了混合模型,给出了一种新的GPS与IMU融合估计方法,提高了重复定位精度,更方便地实现组合导航系统功能。采用GPS和IMU装置进行了地面车辆试验和实际飞行试验,说明了模型和方法的适用性。

Abstract：

A mixed model was established and a new fusion estimation method for GPS and IMU was proposed through the relationship between the Cartesian coordinate system and the ground coordinate system,and the state equation described by the latitude and longitude directly,and the GPS measurement data and electronic map matched to the latitude and longitude.The provided method has improved the repeatability positioning accuracy and more easily integrated navigation system functions.The ground and actual flight were tested to illustrate the applicability of the model and method with GPS and IMU device.     

基于罗德里格斯参数的惯性系传递对准算法

针对传统的传递对准模型在大失准角下的强非线性问题以及由残余杆臂误差导致的传递对准精度下降问题, 提出了一种改进的惯性系传递对准算法。首先, 对子惯导姿态矩阵进行链式分解, 得到常值姿态矩阵; 然后, 利用罗德里格斯参数等价替代该常值姿态矩阵, 建立关于罗德里格斯参数和残余杆臂误差的具有弱非线性量测的传递对准模型; 最后, 利用非线性滤波对状态进行估计。基于摇摆运动的仿真实验表明, 在存在大安装误差角以及残余杆臂误差情况下, 算法相比于现有方法, 对准速度更快, 对准精度更高, 在5~10 s内即可完成传递对准。车载试验结果也间接说明算法具有更高的传递对准性能。     

基于演化建模的IMU误差系数漂移预测研究

将影响IMU误差系数漂移并难于分离的多种因素综合为一种因素,假定IMU误差系数的漂移由一特定系统所引起,引入高阶微分方程模型代替传统时间序列分析中的AR、ARMA等模型对IMU误差系数漂移进行建模分析,采用将遗传程序设计与遗传算法相嵌套的演化算法,实现了建模过程的自动化.实例表明:演化算法可消除各因素具体分析中的不确定性,由计算机自动发现符合要求的高阶微分方程模型,模型的拟合和预测效果均较好.     

基于小波神经网络的惯导初始对准系统

论述了小波分析和神经网络在惯性导航系统初始对准中的重要作用,给出了惯导系统初始对准的线性和非线性模型.基于小波变换,运用小波神经网络对目前该问题进行了仿真研究.仿真结果表明,对于不同的误差模型,小波神经网络采用不同的基函数可以很好地对非线性系统进行逼近,近似精度高,而且网络规模比BP、RBF等神经网络规模要小,计算量少,收敛速度快.     

平台系统动基座标定方法

惯性器件的一次通电稳定性相对较高,如果能够在载体上对平台系统进行误差参数的标定,排除多次通电的不重复性误差,可以显著提高误差参数的补偿精度,有效提高惯性系统的导航精度、最终定位与打击精度。讨论了一种平台惯性系统在载体安装条件下进行自主标定的新方法。这一方法使用平台本身的框架结构进行标定运动,利用载体主惯导系统的信息,在动态环境下进行平台误差参数的标定。     

长航时导弹混合式惯导系统结构方案设计及优选

混合式惯导系统集平台式、捷联式惯导系统各自的优点于一体,打破了传统惯导的设计和使用思想,在长航时、大机动条件下的导航精度优势明显,为导弹武器射前快速自对准、中段误差修正、末段高精度导航提供了技术实现的可行性.混合式惯导系统可有多种结构方式,要实现混合式惯导系统在长航时导弹上的应用,首先就要解决其旋转结构的选型问题.本文从混合式惯导的基本概念和原理出发,对其上弹应用的多种旋转结构进行了方案设计;以其适用的自标定、自对准、旋转调制策略等为基础,开展了导弹武器发射前和飞行过程中高精度导航、误差修正等对惯导结构的需求论证,最终优选确定了能适应导弹武器使用剖面的最佳结构方案,且通过仿真验证了混合式惯导的优势所在.     

调制型光纤捷联系统系泊状态标校方法

针对舰船系泊状态特有的运动环境及惯性器件偏差对捷联系统导航精度的影响,提出一种单轴四位置旋转调制方案并建立该系统误差方程。研究了直观分析系统参数可观测性的解析方法,并运用谱条件数法计算出惯性测量单元（inertial measurement unit, IMU）在静止和旋转状态下各状态量的可观测度,利用分离位置回路的卡尔曼滤波模型实现了器件偏差的现场估计。数值仿真显示,单轴四位置转停方案可以有效地提高惯性器件偏差的可观测度,大大提高了系泊状态下惯性器件偏差的估计精度。     

捷联惯导系统测量坐标系之间转换矩阵的试验标定

为了分析捷联惯性导航系统的误差特性,试验中往往利用另一精密惯性基准为其提供实时的标准解。由于安装捷联惯导系统的一体性支架存在着加工误差以及两套惯性导航系统之间存在着安装误差。因此,两套惯性导航系纯的测量坐标系难以完全重合,它们之间存在一个坐标转换矩阵。本文根据技术要求设计试验步骤,利用重力场环境标定它们之间的这一转换矩阵,从而建立标准解与捷联惯导系统测量结果的数据联系。     

基于自适应相位旋转的Grover量子搜索算法

在使用Grover量子搜索算法对给定规模的无序数据库搜索时,随着搜索目标数的增加,获得正确结果的概率大幅度下降.分析了出现这种现象的原因,研究了算法中的Grover叠代过程,提出了一种新的自适应相位旋转策略.应用这一策略,当搜索目标数超过目标总数的(3-√5)/8时,只需两步搜索;当搜索目标数超过目标总数的1/4时,只需一步搜索,即可获得恒等于1的成功概率.实验表明新相位旋转策略是有效的.     

基于加速度计的无陀螺惯性导航系统设计与仿真

推导了加速度计的数学模型和刚体的运动模型,研究了采用6个加速度计设计无陀螺惯性导航系统的原理,设计了其安装配置方案和相应的导航参数解算算法,通过仿真试验验证了以加速度计为主要惯性元件构建惯性导航系统是可行的,并证明了6个加速度计是构建基于加速度计的无陀螺惯性导航系统的最小配置。