捷联惯系统的可观测性和可观测度研究

可观测性和可观测度分析是确定动态系统卡尔曼滤波效果的重要环节，本文首次提出了一种时变动态系统可观测矩阵的奇异值分解分析方法，应用于捷联惯导系统初始对系统状态的可观测度分析取得显著效果。该方法为初始对准中载体最佳机机动方案选择提供了依据，计算机仿真结果表明了该方法的有效性     

捷联惯导系统多位置可观性分析

研究捷联惯性导航系统的可观性,寻找可观性最好时的载体姿态角.应用分段常值系统可观性理论和奇异值分解理论,讨论不同姿态捷联系统可观性矩阵奇异值的变化.仿真结果表明,系统可观性矩阵奇异值主要受载体航向角的影响,最小奇异值在180°时达到最大值,在0～90°变化最快,随俯仰角、横滚角变化较小.系统可观度取决于俯仰角,最佳范围为10～20°.从而为系统快速初始对准提供理论依据.     

里程计组合的捷联惯导系统运动基座对准研究

研究利用里程计(DTU)辅助实现惯性导航系统(SINS)运动基座下初始对准.利用分段线性定常系统分析方法,提取了不同运动基座情况下SINS/DTU组合系统的可观测性矩阵;通过计算可观测性矩阵奇异值的大小,定量分析了SINS/DTU组合系统的可观测度;比较了SINS/DTU组合系统和SINS/GPS组合系统的对准机理;并进行了系统仿真.结果表明,这种基于SINS/DTU组合的方法能够实现SINS系统的自主式初始对准;但与SINS/GPS组合系统相比,系统的可观测度稍弱,所需对准时间稍长.     

低成本捷联惯导系统的静基座快速精对准方法

针对低成本捷联惯导系统难以完成航向自对准以及静基座对准可观性和可观度低的问题,提出了同时将速度误差、姿态误差和航向误差作为观测量的卡尔曼滤波对准方案;建立了姿态误差、航向误差与数学平台误差角之间的量测关系;推导了利用加速度计计算姿态的方法,并配置磁传感器作为外观测设备提供航向参考基准,从而获得滤波器观测量.结果表明,建立的对准模型和方法有效提高了系统的可观性和可观度,缩短了对准时间、提高了对准精度,并且实现了低成本捷联惯导系统的航向对准,具有重要的工程实用价值.     

旋转捷联惯导系统的可观测性分析

推导了静基座条件下仅利用速度误差作为观测量的惯导系统的可观测组合状态.比较分析认为,仅利用速度误差作为观测量和利用速度误差、位置误差作为观测量对惯导姿态误差和元件等效零偏的估计是等效的.利用将系统近似为分段线性定常系统的方法对旋转惯导系统的可观测性进行研究,结果表明,连续旋转提高了系统状态的可观测性,等效东向和北向加速度计零偏成为可观测量;在对准过程中对其进行补偿,系统的对准精度和速度明显提高.     

车载激光捷联惯导系统的快速初始对准及误差分析

研究车载激光陀螺捷联惯导系统的快速初始对准技术,采用双位置对准的技术方案,给出了双位置初始对准的基本原理及软件流程,对对准精度 实际测试,并对影响对准精度的误差源进行了分析,双位置对准方案,消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对对准精度的影响。     

基于观测量扩展的捷联惯导快速对准方法

为了研究惯性器件信息对捷联惯导系统（SINS）的影响,在静基座条件下,基于SINS简化误差模型,建立了采用速度误差、等效陀螺角速度误差和等效比力误差作为系统观测量的改进扩展观测方程,通过奇异值分解法（SVD）进行可观测性分析,引入等效陀螺角速度误差和等效比力误差的方法实现了系统全部状态的完全可观测性.仿真实验表明：与常规方法相比,该方法引入等效比力误差加速了水平失准角的收敛,引入等效陀螺角速度误差提高了方位失准角的收敛速度,同时状态的完全可观测性提升了初始对准精度.     

捷联惯导初始对准的区间自适应滤波算法

捷联惯导系统在初始对准过程中由于模型参数与实际系统存在偏差,并且系统噪声与量测噪声统计特性往往是未知的,采用卡尔曼滤波不能取得理想的滤波效果。为避免滤波发散以及模型的不确定性,提出了基于Sage-Husa算法的区间自适应卡尔曼滤波方法。给出了捷联惯导系统的误差模型以及区间自适应卡尔曼滤波方程。在噪声统计特性未知时,比较了常规卡尔曼滤波与区间自适应卡尔曼滤波在初始对准中的应用效果。仿真结果表明,区间自适应卡尔曼滤波在噪声统计特性未知时能够有效地提高系统的滤波效果,是一种比较理想的初始对准滤波方法。     

UKF和UPF在惯导初始对准中的应用研究对比

捷联惯性导航系统是新型航位推算系统,在惯导系统执行工作任务之前需要进行初始对准,以保证系统的正常运行。对捷联式惯导系统,初始对准就是确定初始时刻的姿态阵,利用惯性元件的输出信息,选用合适的滤波方法,将计算的导航坐标系与真实导航坐标系的失准角估计出来,来修正姿态矩阵,使计算坐标系与真实坐标系尽可能重合。在实际的导航系统中,状态方程和量测方程通常都是非线性的,对于非线性特性,传统的解决方法是利用EKF滤波算法,但它只适用于弱非线性模型的估计,系统的非线性越强,引起的估计误差就越大,甚至会引起滤波发散。为此提出两种滤波算法UKF与UPF,并将两者进行了仿真对比,结果表明UPF算法比UKF算法收敛速度更快,估计精度更高。     

捷联惯导系统仿真器的设计

提出了一种通用捷联惯导系统仿真器的设计方案、根据捷联惯导系统的特点，利用面向对象技术进行模块分解，设计出了可以模拟多种环境、扩展性很强的仿真器，为相关导航系统算法的验证提供数据源、     

对偶四元数捷联惯性导航系统初始对准方法

采用对偶四元数将捷联惯性导航系统坐标系间的转动和平移统一考虑,以降低初始对准的模型复杂度和计算复杂性.给出了对偶四元数捷联惯性导航系统初始对准过程的粗对准模型,在此基础上,分别获得了基于加性和乘性对偶四元数误差的精对准模型.以航向角估计为例进行仿真分析,结果表明,采用该方法的收敛速度比传统方法加快了约40%,对准精度提高约0.01°.     

捷联惯导系统的静基座快速初始对准方法

建立了捷联惯导系统的误差模型，并对系统模型进行了可观测性分析；然后基于ＳＩＮＳ误差模型的特点，通过对所采用卡尔曼滤波器仿真结果的分析，提出了一种快速估计方位失准确φＤ的方法，从而大大缩短了初始对准时间，提高了对准速度；最后，计算机仿真结果表明了该方法的有效性。     

一种基于动态规划理论的捷联惯导系统初始对准方法

以陆地导航为背景,研究动态规划理论在捷联惯导系统初始对准中的应用.采用闭环控制方法,选择惯性导航的误差状态作为系统反馈,用动态规划理论优化控制策略,论述了系统在二次型性能指标下,如何从动态规划理论出发,寻找实现对准策略.     

远程火箭弹捷联射程修正研究

实现了姿态稳定后,抑制远程火箭的纵向散布上升为提高其射击效能的主要问题.通过数值仿真的方法,研究了采用捷联惯导技术后远程火箭射程修正效果.计算结果表明,捷联惯导的引入使射程修正效果大幅度改善,且采用二次修正模型比线性模型具有更高的方法精度.通过捷联惯导仪器误差的分析,发现二次模型对捷联惯导导航参数误差更为敏感,考虑惯导仪器误差后,线性模型的修正效果要优于二次模型.射程修正系统的方法误差随着导航时间的增加而减小,但由于导航参数误差有随着导航时间增加的趋势,惯导系统工作时间要综合考虑以上两方面因素后确定.     

陆用捷联惯导系统中里程计刻度因子的在线辨识

提出陆用捷联惯导系统中里程计刻度因子的在线辨识算法．该算法利用捷联惯导系统在初始对准结束后，刚转入导航工作状态的短时间内，惯导解算精度高的特点，通过加速度计的测量值，采用渐消记忆最小二乘递推算法对里程计的刻度因子进行在线辨识．仿真试验表明，该算法有较强的工程实用性，能有效地解决里程计测量路程的误差积累问题，从而提高整个陆用捷联惯导系统的定位精度．     

基于MEMS的惯性导航系统研究与设计

提出了一种基于MEMS的捷联式惯性导航系统硬件和软件设计方法。设计了以ARM9处理器为核心的硬件平台,介绍了核心处理器及惯性器件的选型,给出了硬件系统组成;提出了基于嵌入式实时操作系统的软件设计方法,给出基于该操作系统的多任务设计方法及导航算法流程;该导航系统能够实现MEMS信息的实时提取、计算、位姿输出。     

基于增量余弦RBF网络的惯性导航初始对准

针对传统高斯RBF网络应用于惯性导航初始对准建模时，对处于两基函数中心点之间的值拟合效果不太理想的情况，提出了一种将增量余弦RBF网络用于惯性导航初始对准建模的方法。该方法采用增量余弦函数作为RBF网络的基函数，对多变量非线性系统有很好的拟合能力。相对于传统高斯RBF网络，增量余弦RBF网络的基函数具有更强的局域性，解算时同时参与运算的基函数数量更少，有效地降低了网络的解算时间。仿真结果表明，增量余弦RBF网络用于惯性导航的初始对准，既可获得较高的对准精度，又有效地降低了系统的解算时间，提高了系统的实时性。