舰载捷联惯导姿态更新算法研究

针对舰艇、轮船等经常处于低频圆锥运动、角机动等恶劣工作环境,传统姿态更新的误差补偿方法在多子样更新中补偿效果较差的问题,提出了一种改进方法。通过建立角增量的2N-2阶近似模型并利用其各阶导数之间的解析关系,实现了对等效旋转矢量的进一步修正。使用参数解析法与改进算法分别推导研究了四子样情况下的优化结果,并分析研究了改进算法在四子样以上情况下的适用性。研究表明,与参数解析法相比,改进算法可以在四子样及四子样以上的情况下简单直观地得到更加精准的优化系数,且与四子样参数解析法相比,其误差缩小了2个数量级,同时也比五子样参数解析法更精确。     

基于恒星基准的舰船姿态计算方法

推导出了一种以恒星位置为基准的舰船姿态角计算方法,该方法以计算姿态转移矩阵为基础,结合最优化算法,建立了恒星位置为基准的星船坐标系,并以该坐标系为基准确立舰船姿态角,从而在一定程度上克服了因水平基准精度不高所带来的计算误差。     

舰船姿态坐标变换及稳定补偿分析

分析了现有舰船姿态坐标变换的方法及其存在的不足.结合舰船平台罗经测量舰船姿态的原理,明确指出虽然舰船姿态变化是随机的,但是平台罗经测出的舰船姿态是按照一定顺序进行的,由地理坐标系(惯性坐标系)到舰船甲板坐标系的坐标转换必须按照航向--横摇--纵摇的顺序进行;而由舰船甲板坐标系到地理坐标系的坐标变换必须按照纵摇--横摇--航向的顺序进行,并推导建立了舰船姿态变换方程,为舰船稳定平台及舰船姿态补偿的实现提供了理论依据.该研究成果也可在航空航天、天文及控制领域推广应用.     

水下航行器极区内对准以及格网导航技术

为克服水下航行器在极区航行时地理经线收敛导致的航向角定义失效、定位计算失效等问题,设计了格网惯性导航算法编排方案,以直接获得格网航向,并采用ECEF位置坐标代替传统经纬度进行水下航行器定位。对格网惯性导航的误差进行建模,并据此设计了格网惯导系统的"速度匹配"传递对准算法,以满足水下航行器在极区的对准需求。仿真结果表明,在格网惯性导航下,采用高精度惯性器件,15 min内水平姿态角误差小于0.5′,方位姿态角误差小于0.2′,水平速度误差小于0.5 m/s,ECEF坐标系下的位置误差全程小于200 m;应用"速度匹配"传递对准算法,水平失准角在10 s内即可收敛到1.5′以内,同时,加速对方位失准角有激励作用,30 s内方位对准精度在4′以内。     

载体仿真设备的设计与实现

针对目前光电实验室各项目在研制阶段对载体信息的要求,研究并实现了一种载体仿真设备.该设备采用光电载体平台(舰艇、战斗机、战车)物理运动特性为仿真模型,以该仿真模型为核心,通过模拟和数字2种接口输出光电载体的运动轨迹和姿态等信息,通过仿真软件可在线修改振幅和周期等姿态和振动参数.实验表明各项功能与技术指标均满足实验室使用要求.     

舰艇横摇进水过程姿态参数数值求解与实验研究

目前在进行破损舰艇进水过程姿态计算的理论和实验研究时,主要还是针对静水情况进行分析,而未考虑舰艇横摇运动下进水过程的姿态计算。基于此,首先以横摇运动的进水过程为研究对象,建立横摇运动微分方程组;然后,在对时间域进行离散化的基础上,使用“四阶龙格-库塔”公式建立数值求解算法;最后,对模型及求解算法进行船模实验验证。设计的实验包括3个不同的进水模式,船模实验结果表明了模型和算法的准确性。所建立的模型和算法可直接用于舰艇横摇运动的仿真,并能为横摇过程中的舰艇稳性计算提供支撑。     

舰载雷达对岸炮位侦察系统仿真

为了进一步研究和深入论证舰载条件下侦察雷达的可行性问题,本文在全过程数字仿真的基础上分析了各个因素对它的影响.说明了其组成、功能及对岸炮位侦察过程;建立了系统仿真流程,通过仿真计算分析了弹道滤波算法、雷达观测精度、舰艇姿态探测精度等因素对炮位侦察效果的影响,并进行了显著性分析.结果表明,在该仿真条件下,采用混合坐标系下的EKF方法时外推精度相对较高,雷达俯仰角探测误差、舰艇纵摇角探测误差对定位误差的影响最为显著,仿真结果为系统的进一步分析论证提供了参考依据.     

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。     

基于实时预报的舰船综合姿态信息系统研究

舰艇在波浪中航行发生船体弹性变形,使得各部位的航向值、纵横摇值不同。舰艇目前普遍使用独立式姿态基准方案消除弹性变形影响,保障舰载武器的性能发挥,部分舰艇采用多个姿态测量设备分舱布置方案。根据船体梁波浪载荷和弹性变形的研究,运用船舶水弹性理论,研究得到舰船弹性变形实时预报模型,进而构建舰艇姿态综合信息系统,即在舰艇两到三个部位布置姿态测量装置,实时测量所在部位航向、纵横摇等信息,通过舰船实时预报装置,解算所关注位置的姿态信息,由信息实时发送装置向相关用户实时发送,达到消除舰艇弹性变形对电子、武器装备性能发挥影响的目的。分析了舰艇姿态综合信息系统相比其它解决方案的优点。