基于四元数的舰船捷联惯导粗对准方法研究

当舰船处于系泊和锚泊状态时,受风浪作用陀螺仪无法提取出地球自转角速度信息,从而导致粗对准解析法失效。针对这一问题,提出一种基于惯性坐标系的粗对准算法。采用四元数法表示舰船姿态,将所求初始姿态四元数分解成3部分分别进行求解。应用惯性坐标系方法及四元数法表述使得算法简单,计算机时少。仿真结果表明,在系泊和锚泊状态下,经算法解算出的姿态误差角在粗对准要求的范围内,完全可以满足后续的精对准要求。     

舰用高精度激光陀螺惯导内杆臂误差分析及补偿方法研究

对于高精度激光陀螺旋转惯导系统,大部分惯性器件误差都能够通过惯性测量单元(IMU)旋转而调制掉,内杆臂误差不仅不能够被调制掉,反而因为IMU旋转将误差引入到系统对准和导航过程中。基于此,本文对内杆臂误差进行分析与建模,推导内杆臂误差与导航速度误差之间的数学表达式,通过分析确定内杆臂长度和振动频率是影响内杆臂误差的2个因素,并提出基于内杆臂长度的误差补偿方法。最后,通过试验对内杆臂误差模型和补偿方法进行了验证。     

舰用高精度激光陀螺惯导内杆臂误差分析及补偿方法研究

对于高精度激光陀螺旋转惯导系统,大部分惯性器件误差都能够通过惯性测量单元（ IMU）旋转而调制掉,内杆臂误差不仅不能够被调制掉,反而因为 IMU旋转将误差引入到系统对准和导航过程中。基于此,本文对内杆臂误差进行分析与建模,推导内杆臂误差与导航速度误差之间的数学表达式,通过分析确定内杆臂长度和振动频率是影响内杆臂误差的2个因素,并提出基于内杆臂长度的误差补偿方法。最后,通过试验对内杆臂误差模型和补偿方法进行了验证。     

激光陀螺双轴旋转惯导系统转位方案设计

本文研究旋转惯导系统设计中的一些重要问题,包括误差调制机理、误差传播特性和旋转方案设计。考虑惯性器件的一些典型误差,分析旋转式惯导系统的误差传播特性,并验证旋转调制下误差的影响效果。通过分析,提出双轴旋转方案合理设计的条件,设计出一种基于64次序的双轴旋转方案以实现平均掉惯性器件所有常值误差的目标。基于该旋转方案,仿真出惯性测量单元主要误差项的调制形式,通过一个旋转周期的积分,得到这些误差引起的累积速度或角度误差的调制形式,进一步验证了旋转调制对误差的调制效果。最后,通过对旋转调制下惯导系统长时间导航误差的仿真,验证了所设计旋转方案的有效性和旋转调制的优越性。     

一种惯性/星光复合制导系统研究

针对传统的基于姿态角修正的惯性/星光复合制导系统的不足,提出了一种新的基于位置和姿态信息进行融合估计的惯性/星光复合制导修正方案,来提高战略导弹的制导精度和可靠性。一方面利用得到的星敏感器视场中恒星星光矢量在CCD光敏面上的星像点及其在导航星库中的赤经、赤纬,结合高度仪给出的导弹高度值,可得到战略导弹的位置信息,再与惯导系统给出的导弹位置信息相减可得到位置误差测量值;另一方面通过星图识别及坐标变换可得到战略导弹的姿态误差值。以Kalman滤波为基础,将得到的位置误差和姿态角误差进行数据融合,估计出复合制导系统的误差状态量,进而修正惯导系统的位置、速度和姿态角参数。仿真结果表明,该方案有效地抑制了传统复合方案中位置和速度误差的发散,并使系统具有较高的精度和可靠性。     

基于双轴速率转台的IMU440惯性测量单元快速标定方法与实验

在捷联惯导系统中,惯性器件的确定性误差是系统误差的主要原因之一。为了提高惯导系统的输出精度,必须对这一误差加以补偿。以美国Crossbow公司开发的IMU440惯性测量单元为对象进行了快速标定实验,建立了陀螺仪和加速度计的误差模型方程,提出了用于辨识陀螺仪和加速度计误差模型参数的速率和位置标定法,根据两种标定方法得到了IMU440惯性测量单元的误差模型,最后对误差模型进行了校验。实验结果表明,误差补偿后的惯性器件输出值可以很好地接近理想输出值,大大降低了捷联惯导系统的输出误差。     

基于旋转机构的加速度计误差标定与补偿方法

惯性器件(陀螺仪和加速度计)的性能直接影响惯导系统的精度,针对传统提高惯性器件精度途径存在的弊端,本文提出一种基于旋转机构的加速度计误差标定与补偿方法。通过将加速度计输出与输入之间的关系转换为与旋转角之间的关系,利用最小二乘法估计出加速度计的零偏、比例系数、比例系数的非线性误差系数及交叉耦合误差系数,并进行相应的误差补偿。实验结果表明,利用旋转机构能够在100 s内准确估计出加速度计的各项误差系数,经补偿后能消除误差中的倍频分量,使加速度计输出精度大大提高,具有准确、高效、易操作的特点。     

GPS/SINS姿态组合系统数据空间同步方法研究

在引入了姿态观测量的基于卡尔曼滤波器的GPS／SINS组合导航系统中，GPS天线体坐标系与IMu所在的载体坐标系由于安装误差或其他原因不能完全重合，两个坐标系之间存在失准角，导致GPS与SINS输出的姿态信息在空间不同步，这将严重影响卡尔曼滤波的效果。针对这一问题进行了深入的研究，分析了姿态测量数据空间不同步的原因，给出了静态和动基座情况下标定两个坐标系位置关系的若干方法并进行仿真分析验证了其可行性。     

基于双轴转台的捷联惯导系统姿态精度评定算法

系统姿态精度是惯导系统的重要指标之一.针对系统的姿态精度,尤其是动态姿态精度因缺乏姿态基准而难以评定的问题,提出一种基于双轴转台的惯导系统姿态精度评定算法.首先对姿态误差角建模,利用惯导组件不同航向角所确定的旋转矩阵第三行三列的元素不含有航向角信息的特点,在无北向基准的情况下,求解出惯导和转台的安装误差角,进而得到惯导姿态误差,此姿态误差即可反映系统姿态精度,最后,进行了光纤惯导系统的精度评定试验.结果表明,算法在转台无需北向基准条件下可有效标定出惯导系统姿态误差和安装误差,其流程简单、适应性好,可为系统精度评定提供参考.     

一种高精度的天文导航姿态与航向解算模型

利用天文导航进行运载体姿态及航向解算是导航领域一个新的研究课题,具有重大的研究意义及应用价值.本文介绍了一种构建在天球坐标系中的天文导航姿态与航向解算模型.该模型在不利用惯导姿态数据的前提下进行计算,通过构建的模型演变得到运载体的精确姿态及航向,可以有效校正惯导设备因惯性陀螺漂移而导致的姿态误差与航向误差.实际应用表明,该模型对于校正惯性陀螺漂移,提高惯导设备精度具有重大意义.     

自适应算法在单轴激光惯导初始对准中的应用

针对传统的卡尔曼滤波在单轴旋转激光惯导动基座初始对准中当系统噪声和量测噪声未知时,会导致滤波精度下降甚至发散的问题,设计了简化Sage-Husa自适应滤波算法,建立了动基座条件下的单轴旋转激光捷联惯导的误差方程,利用设计的算法进行了仿真,结果表明在误差模型较大时,自适应滤波算法可以很好的提高滤波精度和稳定性。     

一种冗余惯性导航系统的非线性初始对准模型

通过合理的冗余配置惯性导航系统中惯性传感器,充分利用冗余惯性传感器的重复量测值,提出了一种非线性初始对准模型。该模型直接利用惯性传感器的量测输出作为观测值,3个姿态角作为状态变量,有效的降低了模型的维数和提高了模型的可观测度,从而保证了初始对准的精度和速度。通过分析表明,初始对准的稳态精度取决于惯性传感器的常值误差。仿真结果表明,非线性初始对准模型对准过程中的稳态精度与传统的初始对准模型的稳态精度相当,但是在实时性方面,它能够在5s内使3个失准角同时收敛。     

捷联惯性导航系统的四元数姿态适时修正算法探讨

建立了捷联惯性导航系统的四元数姿态修正算法,该算法跟其他常用算法的区别是在旋转矢量计算上的处理不同,计算采用了多步骤Adams-Moulton方法。由于多步骤方法不能自行启动,所以在开始阶段采用了单步骤Heun’s方法。然后,在实际计算值和预估值的基础上,建立了姿态修正运算法的评估误差方程。数字测试结果表明该四元数姿态修正算法在低频动态情况下是可靠的。.     

船舶MEMS微惯导网络精度技术研究

为了减少误差积累,提高导航精度,通过船舶上的CAN总线网络,利用高精度主惯导系统对低精度的MEMS微惯导系统进行在线修正。根据微惯导网络系统姿态角的误差模型,将惯导系统的角速率输出值作为量测信息设计卡尔曼滤波器,对姿态角修正算法进行了仿真运算,估计出了MEMS微惯导系统姿态角误差。     

Robust aspects in dependable filter design for alignment of a submarine inertial navigation system

The strapdown inertial navigation system (SINS) is able to provide continuous estimates of a vehicle??s velocity, position and attitude. As a rule, the SIMS component known as a high accuracy strapdown inertial measurement unit (SIMU) is an exceptionally expensive system. Less expensive SIMUs comprised of low cost sensors suffer from degraded performance, but this can be compensated for, in part, by addition of a velocity data recorder (VDR) to accompany the SINS. In this configuration, the need frequently arises to align the SINS of a submarine to in order to avoid a long run-up of the inertial system before a start command is issued. This in-motion alignment (IMA) can be accomplished by integrating SINS data with some external aiding source, such as the VDR, by using some form of measurement matching method. Accordingly, this paper demonstrates a consistent IMA scheme for a low-cost SIMU using a robust Kalman/ $ H_{\infty } $ filter structure. An error model of the SINS is derived in which the state vector includes attitude, velocity, position and sensor errors. Velocity information from the VDR is used as a measurement to the proposed filter. All significant equations concerning navigation are presented in conjunction with argument. Results show the advantages of the approach and emphasize diverse aspects of the SINS.     

Development and prospects of initial alignment method for strap-down inertial navigation system北大核心CSCD

Initial alignment technology is directly related to the navigation accuracy and startup time of the strap-down inertial navigation system (SINS), and has always been regarded as a challenging focal point in the research field of inertial navigation. This paper makes a comprehensive survey of SINS initial alignment technology, briefly introduces the basic principles of initial alignment without latitude, coarse alignment with known latitude and precise alignment, and points out their advantages, disadvantages and applicable conditions. The research and effects of existing initial alignment error suppression techniques are then analyzed and discussed. Finally, according to the problems of existing initial alignment methods and the development requirements of the carrier, the future research direction of SINS initial alignment technology is predicted. © 2022 Journal of Clinical Hepatology. All rights reserved.     

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.     

某型舰载惯导平台安装与对准精度控制

舰载惯性系统的精度与船台（坞）的安装与对准密切相关。传统的激光经纬仪采用惯性平台基座零方位刻线与舰船首尾线重合的安装标校方法,但其精度较难满足惯性平台航向的对准要求。文中给出一种基于电子陀螺经纬仪、差分水准仪和方位基准镜进行惯性平台安装与对准的有效控制精度方法,并在后期的实船应用中取得了良好效果。     

机动对SINS对准中惯性仪表误差估计的影响

为了尽可能估计出捷联惯导系统中惯性仪表的误差,建立捷联惯导系统误差方程和量测方程,运用传递对准技术,构建了速度匹配方式下的Kalman滤波器模型,研究了线加速和拐弯机动下对惯性仪表误差估计的影响,并对计算机仿真结果进行比较分析,仿真结果表明:线加速情况下可以提高陀螺漂移误差的估计精度,拐弯情况下可以提高加速度计偏置误差的估计精度。