基于UKF的大失准角条件下单轴旋转SINS初始对准方法

论文阐述了单轴旋转调制技术对捷联惯导系统误差抑制的原理,针对单轴旋转捷联惯导系统的初始对准,推导了大失准角误差条件下非线性初始对准误差模型,同时为充分利用惯导系统输出信息,提出了一种“加速度+速度”的非线性观测模型;根据系统误差方程和观测方程同时非线性,设计了一种Unscented卡尔曼滤波算法,并对静基座单轴旋转SINS初始对准进行了仿真试验.结果表明,采用该算法水平和方位对准在较短时间内都能达到较高精度,同时对加速度计零偏和三个陀螺漂移实现有效标定.     

一种单轴旋转INS大方位失准角下快速对准方法

以单轴连续旋转式惯导系统为研究对象,针对惯导系统误差模型的非线性本质和对初始对准快速性的要求,通过推导其静基座条件下大方位失准角误差方程,设计一种利用超球体单形采样的UKF滤波器,并通过实际测试验证其有效性。实验结果表明,利用所设计的UKF滤波算法,10 min方位角对准精度能够达到优于0.008°。     

单轴旋转式惯导系统误差抑制机理分析

提高惯导系统对于惯性器件误差负面影响的抑制能力,对于改善系统的导航精度具有重要意义.本文对惯导系统误差方程进行分析,重点讨论对称位置上惯性器件误差的积累效果,系统地研究了单轴旋转调制对捷联惯性导航系统惯性器件误差的自动补偿机理,详细分析了单轴旋转对惯性器件常值误差、标度因数误差的抑制情况.对单轴旋转调制方案进行仿真,验证了理论分析的正确性.     

激光陀螺标度因数误差对双轴旋转惯导系统的影响

研制高精度船用激光陀螺捷联惯导系统是惯性技术领域的重要发展方向之一,本文从旋转惯导系统与无旋转惯导系统误差方程的区别出发,详细讨论了双轴旋转惯导系统中激光陀螺标度因数误差的调制机理,仿真分析了对称性标度因数误差和非对称性标度因数误差在典型双轴旋转调制方案下的传播特性,为激光陀螺双轴旋转惯导系统的设计提供理论参考。     

舰用激光陀螺双轴旋转惯导系统闭环对准方法

旋转调制惯导系统初始姿态误差由于其不可被调制,从而影响系统长航时的精度。本文针对激光陀螺双轴旋转惯导系统,以提高系统初始对准精度为目的,将系统初始对准过程作为随机控制系统处理。结合双轴旋转带来的优势,应用随机闭环控制理论,提出双轴旋转惯导闭环对准方案,并设计滤波器和闭环反馈控制律。利用实验室双轴转台和激光陀螺IMU,构建双轴旋转惯导半实物演示系统,验证闭环对准作为双轴旋转惯导系统精对准方法的可行性。试验结果表明,闭环对准方法与双轴旋转相结合,能够有效估计IMU误差并补偿,比传统的开环卡尔曼滤波对准精度高。     

船用自由方位惯导系统性能分析与仿真

推导船用自由方位惯导系统在地理坐标系下的系统误差方程,通过求解静基座状态下的系统误差方程,研究各类误差源对自由方位惯导系统的影响,在此基础上完成动基座下系统误差仿真。理论分析及系统仿真表明,相比于指北惯导系统,自由方位惯导系统由于平台相对地理坐标系存在旋转角速度,调制水平方向惯性测量元件常值误差造成的系统误差,使得除平台x方向陀螺造成的经度常值误差项外,其他项均为震荡性误差,达到了抑制惯性测量元件误差效果。     

舰用高精度激光陀螺双轴旋转惯导系统方案设计

旋转调制技术是国外先进国家海军装备的高精度激光惯导系统普遍采用的一项技术,也是国内外惯性技术领域的重点研究方向之一。本文针对舰用高精度激光陀螺双轴旋转惯导系统,研究了转位方案、导航解算方案、初始对准方案的设计,并结合国内惯性器件精度水平进行长航时静态仿真试验验证。结果表明,采用旋转调制技术可以大幅度提升惯导系统长时间导航精度,导航误差基本不随时间发散,在不考虑随机游走的影响下,系统72 h定位精度达到0.3 n mile。     

陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响

采用旋转调制技术可以抑制惯导系统误差随时间发散的趋势,然而,随机误差是限制旋转惯导系统精度继续提高的因素之一。对于高精度应用领域,陀螺角度随机游走误差也是惯导系统设计时考虑的因素。本文从对准和导航2个过程出发,研究陀螺角度随机游走误差对惯导系统的影响,结合激光陀螺实测数据进行艾伦方差分析,并利用实测结果进行仿真验证。结果表明,陀螺角度随机游走引起惯导系统振荡误差,0.0005°/√h的角度随机游走导航7天引起的位置误差大约1.3 nm。     

激光惯导系统凝固坐标系粗对准方法

激光惯导系统早已成为北约各国海军舰艇的主流装备,我国海军也将激光惯导系统作为舰艇惯导系统的主要发展方向之一。由于舰艇运动环境的干扰,惯导系统经常处于动基座下完成对准,这对对准方法提出很高的要求。本文在国内外学者研究成果的基础上,推导基于凝固坐标系的粗对准算法,并利用国内50型激光陀螺惯导系统进行验证。试验结果表明,该方法能够有效隔离载体的动态干扰,系统冷启动进行3 min粗对准转入纯惯性导航,1h定位精度达0.7 nm,证明该方法作为动基座惯导系统粗对准方案的可行性。     

旋转惯导捷联算法

针对旋转惯导计算原理,分析了转台测角、测速误差对系统精度的影响。为确定其影响程度,将转台测角、测速误差等效为相应量值的陀螺仪漂移。理论计算和仿真结果表明,转台测量误差特别是测速误差对惯导系统造成较大的影响。提出改进的旋转惯导捷联算法,该算法在姿态更新和导航计算后引入转台转角信息而不涉及转速信息,从算法原理上消除了测速误差对系统精度的影响。     

一种基于随机理论的寻北滤波噪声影响分析方法

以寻北系统 Kalman滤波器为研究对象,从滤波噪声在寻北 Kalman滤波器中传播机理的角度对其影响进行分析。基于随机可控制性和随机可观测性得到了误差协方差矩阵与噪声统计特性之间的解析表达式,并利用单轴旋转式寻北系统对所提出的基于随机理论的解析分析方法进行验证。实验结果表明,利用基于随机理论的解析分析方法分析寻北系统有效而且适用,并且所得到的解析式能够更全面地表示系统的性能。     

基于可观测性分析的单轴激光惯导初始对准方法研究

在单轴旋转激光惯导系统中，采用奇异值分解的方法对系统进行可观测性分析，得出在初始对准过程中方位失准角的可观测度相对水平失准角较低，估计速度较慢，影响整个系统的初始对准速度。针对这一问题采用水平失准角的稳态估计值去估计方位失准角的方法。仿真结果表明：该方法可以有效提高方位失准角的估计速度。     

置信检验自适应联邦卡尔曼滤波及其水下机器人组合导航应用

[目的]为解决载体受到扰动时组合导航精度下降的问题,提出一种基于置信检验自适应联邦卡尔曼滤波(CC-AFKF)框架.[方法]首先,将电子罗盘(EC)、全球定位系统(GPS)与惯性导航系统(INS)相结合;其次,构建置信检验模型,有效滤除INS/GPS和INS/EC子系统中低置信度的量测值,保证量测值的准确性;最后,提出...     

Comparison of robust H∞ filter and Kalman filter for initial alignment of inertial navigation system

There are many filtering methods that can be used for the initial alignment of an integrated inertial navigation system.This paper discussed the use of GPS,but focused on two kinds of filters for the initial alignment of an integrated strapdown inertial navigation system (SINS).One method is based on the Kalman filter (KF),and the other is based on the robust filter.Simulation results showed that the filter provides a quick transient response and a little more accurate estimate than KF,given substantial process noise or unknown noise statistics.So the robust filter is an effective and useful method for initial alignment of SINS.This research should make the use of SINS more popular,and is also a step for further research.     

Comparison of robust H<Subscript>∞</Subscript> filter and Kalman filter for initial alignment of inertial navigation system

There are many filtering methods that can be used for the initial alignment of an integrated inertial navigation system. This paper discussed the use of GPS, but focused on two kinds of filters for the initial alignment of an integrated strapdown inertial navigation system （SINS）. One method is based on the Kalman filter （KF）, and the other is based on the robust filter. Simulation results showed that the filter provides a quick transient response and a little more accurate estimate than KF, given substantial process noise or unknown noise statistics. So the robust filter is an effective and useful method for initial alignment of SINS. This research should make the use of SINS more popular, and is also a step for further research.     

Comparison of robust H∞ filter and Kalman filter for initial alignment of inertial navigation system

There are many filtering methods that can be used for the initial alignment of an integrated inertial navigation system. This paper discussed the use of GPS, but focused on two kinds of filters for the initial alignment of an integrated strapdown inertial navigation system (SINS). One method is based on the Kalman filter (KF), and the other is based on the robust filter. Simulation results showed that the filter provides a quick transient response and a little more accurate estimate than KF, given substantial process noise or unknown noise statistics. So the robust filter is an effective and useful method for initial alignment of SINS. This research should make the use of SINS more popular, and is also a step for further research.     

Kalman滤波器虚拟噪声补偿技术在陀螺随机常值漂移标定中的应用

采用Kalman滤波器对船用捷联惯性导航系统中的陀螺随机常值漂移进行标定，面临的一个重要问题是由于模型不准确，包括噪声统计特性不准确，导致估计值精度下降甚至发散。针对这一问题，本文运用自适应Kalman滤波的虚拟噪声补偿技术对陀螺随机常值漂移进行标定，收到较好的效果。     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器(AUV)在水下自主回收和对接的问题,基于惯导(INS)、声学超短基线定位(USBL)、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法.[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度.分别以I...     

模糊自适应Kalman滤波在INS／GPS组合导航系统中的应用

针对INS／GPS组合导航系统中因量测噪声的复杂多变造成的发散问题,引人了一种基于新息方差匹配技术的自适应模糊控制Kalman滤波算法,通过模糊控制器在线调整量测噪声方差,抑制滤波器发散,从而提高导航系统的精度。仿真结果表明该算法具有比常规Kalman滤波更高的精度。