内水平阻尼捷联惯导误差仿真研究

捷联惯导系统依靠算法建立导航坐标系,以数学平台取代平台惯导物理实体平台,其系统误差中同样存在三种周期振荡成分.将平台惯导内水平阻尼思想引入捷联惯导,阻尼舒拉周期振荡和傅科周期振荡误差成分,同时推导了内水平阻尼捷联惯导误差传播方程.仿真实验表明,引入内水平阻尼之后,在载体加速度较小的条件下,捷联惯导姿态精度得到明显提高.     

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.     

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。     

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。     

一种捷联惯导阻尼超调误差抑制算法研究

针对捷联惯导系统在阻尼状态切换时产生超调的问题,提出一种基于“双模”解算的捷联惯导阻尼超调误差抑制算法。基于捷联惯导的力学编排,建立了系统水平回路的控制模型,分析了系统阻尼和无阻尼状态切换时超调误差产生机理。在此基础上,设计了系统阻尼和无阻尼并行的导航解算算法,在切换状态超调期内利用无阻尼导航输出校正阻尼导航输出,抑制状态切换超调误差。算法将捷联惯导系统IMU的输出同时接人两个解算回路。两个回路同时、独立进行导航参数的解算。系统工作在无阻尼状态时,惯导系统输出无阻尼回路的导航参数。在状态切换的超调期内,惯导系统仍输出无阻尼回路的导航参数。状态切换的超调期结束后,惯导系统输出阻尼回路的导航参数。仿真结果表明,该算法能够抑制惯导系统阻尼状态切换时产生的超调误差。同时,该算法使校正回路设计简洁,工作稳定可靠。     

采用捷联惯导技术测量高速列车姿态

对几种常见的载体姿态测量方法进行了对比;介绍了平台式与捷联式惯性导航系统在姿态测量等方面的优缺点,并给出捷联惯导技术的姿态解算方法.     

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。     

旋转调制式捷联惯导系统初始对准方案研究

初始对准技术是惯性导航的关键技术之一,其精度将直接影响导航精度。旋转调制式捷联惯导系统在一定的旋转方案下虽然可以将惯性组件的误差调制掉从而提高系统导航精度,但其初始对准的误差则不受调制,所以有必要对旋转调制式惯导系统的初始对准进行深入研究,确定适合旋转式捷联系统使用的对准技术和方案以进一步提高系统精度。文章对可应用于旋转调制式捷联惯导系统的三种对准方案做了研究分析并进行了仿真。结果显示,二位置对准方案可显著提高系统变量的可观测度,连续旋转方案对准精度最高,收敛速度最快,效果最好。     

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.     

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。.     

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.     

简化UKF算法在SINS／GPS组合导航中的应用

针对SINS／GPS组合导航系统的特点,建立了系统的非线性误差模型。根据系统状态方程为非线性而观测方程为线性的特点,将一种简化的UKF方法（Rao-Blackwellisation Additive Unscented Kalman Filter,RBAUKF）用于SINS／GPS组合导航系统中,RBAUKF采用较少的采样点数目和简化的更新算法,降低了计算复杂度。最后,在机动条件下,进行了SINS／GPS组合导航实验仿真。仿真结果表明,RBAUKF相比EKF具有更高的滤波精度,更适合在SINS／GPS组合导航系统中应用。     

基于瞬时线速度的捷联惯导系泊精对准方法

针对捷联惯导系统系泊精对准问题,提出了一种利用舰船瞬时线速度作为参考速度的精对准方法.通过大量试验研究,分析捷联惯导系统输出速度的信号特征,设计数字高通滤波器,从捷联惯导系统速度中提取舰船瞬时线速度信息.建立了适用于系泊条件的捷联惯导系统误差模型,并以计算出的舰船瞬时线速度作为参考速度完成卡尔曼滤波精对准.试验结果表明,所提取出的舰船瞬时线速度误差小于0.08m/s,且新方法的对准精度和重复性明显优于以零速为参考量的对准方法.     

Research on integrated navigation method for AUV

The principles of the SINS/DVL integrated navigation system are introduced, and the compass status accuracy is compared. When the heading is changed, the dead reckoning algorithm using the heading information of the SINS （Strapdown inertial navigation systems） and DVL （doppler velocity log） is adopted to substitute the SINS/DVL integrated system. The simulation results show that the method can improve the accuracy of integrated navigation system when AUV （autonomous underwater vehicle） is in motion.     

长航时捷联惯导系统综合校正方法

针对捷联惯导系统长时间工作时导航误差随时间发散的问题,提出一种适用于长航时捷联惯导系统的综合校正算法.首先建立了惯性系下的φ方程,在此基础上推导了陀螺误差引起的惯性系下φ角增量表达式,并通过φ角增量与观测量（位置误差和航向误差）之间的关系,建立起陀螺误差与观测量之间的关系,进而利用不定期获取的参考位置和航向信息计算陀螺漂移并进行修正.理论和实验分析表明,所提出的综合校正方法明显地抑制了捷联惯导误差随时间的发散,可有效提高长航时捷联惯导系统的导航精度,且该方法不受载体运动和纬度变化的影响,具有很强的工程实用价值.     

舰船惯导水平姿态误差动态自主评估与补偿方法

针对海上舰船惯导长时间工作而又无法获得外部导航校准信息、无法评估惯导水平姿态误差问题,提出利用惯导自身信息实现水平姿态误差评估与补偿的新方法。根据舰船稳速直航状态下的实际加速度值近似为零的特点,分析惯导等效加速度和惯导速度误差与水平姿态角误差之间的关系,建立海上舰船惯导水平姿态误差自主评估模型。仿真实验分析结果表明,提出的水平姿态误差动态自主评估与补偿方法,在不依赖外部导航信息条件下,实现惯导水平姿态误差动态自主评估与补偿,在给定的仿真实验条件下,水平姿态角误差最大值和振荡范围均减小了75.8%,有效提升了舰船惯导的水平姿态精度。     

基于改进的联邦UKF无人艇组合导航系统设计

针对无人艇在高海况下长航时,大幅度作业滤波精度较低的问题,提出一种基于联邦结构的无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filtering,UKF）算法,将其应用于自主研制的无人艇组合导航系统中。建立系统误差方程和量测方程;引入渐消因子、基于量测值与预测量测值差值的可变因子和自适应最优信息分配因子对联邦UKF算法进行改进,保持信息的强跟踪特性和组合导航系统的信息融合精度,得到全局最优估计值。 开展湖试试验,验证该组合导航系统的有效性,结果表明该系统实时性、稳定性好,抗干扰能力强,能有效提高导航精度。该方法不仅能为无人艇作业提供安全保障,而且可供其他组合导航系统设计参考。