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。     

捷联惯导系统姿态算法比较

姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,解算姿态阵相当于建立起数学平台,其精度对捷联惯导系统的精度影响很大。该文就实际应用,对四元数毕卡迭代法、四元数四阶龙格-库塔算法、圆锥补偿算法和一种改进的圆锥补偿算法进行了分析和比较,并在典型圆锥运动下进行了仿真,仿真结果表明,四阶龙格-库塔算法具有很高的工程实用价值。     

训练航行体水中轨迹和姿态测量方法

针对训练弹水中弹道测量要求,提出水声测量和惯性测量2种方案。对水声测量的原理和应用范围进行分析,对惯性测量的工作原理、姿态矩阵解算、初始对准和误差补偿等方法进行研究。建立一套惯性测量系统并应用于试验,获取了相应的测量数据。     

基于优化旋转矢量双子样算法的捷联惯导姿态解算

在捷联惯导系统中,姿态更新算法会对导航精度产生至关重要的影响.旋转矢量法在抑制不可交换性误差及其累积效应方面具有显著的优点.为兼顾姿态解算的实时性与精确性,文中基于旋转矢量双子样算法原理推导其误差补偿项,并进行了圆锥运动环境下的算法优化,以提高算法的动态适应性,从而形成了优化的旋转矢量双子样算法.最后通过与传统四元数法进行对比分析,表明在捷联惯导姿态解算中,采用优化旋转矢量双子样算法不仅可较好满足系统实时性要求,同时还能较明显地提高解算精度.     

基于四元素的扩展卡尔曼滤波航姿参考系统算法设计

为了优化飞行姿态信息,设计一种适用于捷联式航姿参考系统的九态扩展卡尔曼滤波算法,得到最优估计。为了验证此EKF算法的可行性和滤波效果,采用AHRS300惯性测量单元的数据进行MATLAB滤波算法仿真,把感器采集数据平滑计算后,建立精确的MATLAB算法模型作为参考。把两种结果作差比较,计算姿态角误差。从仿真结果可以看出,所设计的算法能够获得较好的姿态角精度,证明此扩展卡尔曼滤波性能良好。     

基于四元数的船舶运动姿态仿真研究

在开发船舶三维运动仿真系统或处理三维运动试验数据时,经常需要操纵物体旋转或对运动姿态数据进行插值计算,如果采用基于欧拉角方法对运动物体进行旋转操纵或插值,会出现明显的错误。因此提出在仿真系统中利用四元数来表示运动物体的姿态,并基于四元数对运动姿态序列进行球面插值,同时提出了依据插值节点信息实现?π全角度的欧拉角转换方法,由此在船舶仿真中实现了船舶姿态变化光滑连续的合理效果。     

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.     

基于MSP430单片机的姿态测量系统设计

为满足对姿态测量低成本、低功耗的需求,设计一种由MSP430F5438与三轴地磁传感器、三轴MEMS陀螺仪和加速度计构建的姿态测量系统。分析系统的硬软件实现方法,对传感器的校正以及基于四元数和梯度下降法数据融合进行推导,在利用加速度计计算倾角的基础上对电子罗盘进行倾角补偿及四元数的初始化,解决梯度下降法初始时收敛慢的问题,动静态实验结果验证了姿态测量系统的精确性和实时性,俯仰角和滚转角精度在±1°以内,航向角精度在±2°以内。     

基于时间同步的船体姿态基准传递技术

在基于惯性量匹配算法的船体姿态基准传递技术中,保证2套惯导系统的数据同步是实现高精度的必要条件。本文对基于角速度匹配的姿态基准传递进行研究,并重点针对该过程的时间同步问题提出解决方案。一方面利用GPS的1PPS信号作为基准时钟源,完成2套系统的晶振校正,建立数据同步采集机制。另外,设计引入时延的扩维Kalman滤波器,对残余时延误差进行在线补偿。依靠同步采集与算法补偿相结合,实现船体变形角的高精度解算。仿真试验得到时延干扰下的测量误差在10角秒左右,证实所提方案具有较高的应用价值。     

基于前端开发框架的舰船运动姿态数据监测系统

利用运动姿态监测结果为舰船可靠航行提供决策依据。为此,设计了基于前端开发框架的舰船运动姿态数据监测系统。系统设施层中,利用MEMS陀螺仪芯片与3轴MEMS加速度计采集舰船运动姿态信息,并将所采集信息传送至业务逻辑层;业务逻辑层利用控制子层和管理子层为用户提供姿态数据监测服务;控制子层中的姿态解算模块,依据传感器信息采集结果,利用卡尔曼滤波算法解算舰船运动姿态信息。基于此,利用Bootstrap的前端开发框架,通过viewport元数据标签完成前端UI设计,为用户提供可视化的人机交互界面,将姿态解算结果利用用户界面层为用户展示。测试结果表明,该系统对舰船航行运动姿态的监测结果与实际结果极为接近,适用于实际工作。