船用捷联式惯性导航系统仿真器的设计和研究

本文针对船用捷联式惯导系统的特点介绍了船用捷联式惯导系统仿真器硬件和软件的组成及其主要工作原理。此仿真器不仅能在实验室条件下模拟出船用捷联式惯导系统的各种工作环境,还可以模拟惯性仪表的测量噪声,从而帮助研究设计人员对惯性导航系统的算法进行误差分析,是船用捷联式惯导系统的一种重要调试工具。     

船舶惯性导航系统圆概率误差可信度分析

为分析船舶惯性导航系统圆概率误差指标的可信度能否反映相应的置信度,在研究圆概率误差评定方法的基础上,对圆概率误差半径的可信度进行定义,并分别依据某型惯性导航系统的实测数据和统计分布数据对其进行仿真分析。仿真结果表明:根据实测数据计算的圆概率误差指标的可信度能够很好地反映相应的置信度,但是根据统计分布数据计算的可信度不能很好地反映相应的置信度。     

舰船惯性导航系统定位精度评定及其圆概率半径

如何评定舰船惯性导航系统的定位精度,各家众说纷纭,我们认为,要确切判定其定位精度,不能不对惯导定位的误差作一科学分析。惯导系统的误差源有:加速度计的零位偏差;陀螺漂移率;陀螺、加速度计、转换装置的标度因子误差;陀螺、加速度计的安装误差;平台的初始姿态和初始位置的误差以及基准测量设备本身的误差等等。其中未经补偿的陀螺漂移率是决定定位误差的主要因素。这是因为由陀螺漂移率所引起的定位误差是随时间积累的,而其它各误差源引起的定位误差都是有界的。虽然惯导系统各误差源综合作用的定位误差是遵循正态分布的,但其亦随时间积累而发散,     

船用捷联惯导系统惯性仪表的数据采集

捷联式惯性导航系统是一种先进的自主式导航系统,它能以较低的成本得到较高精度的姿态和位置信息,因此近年来受到了世界各国导航界的重视。本文就船用捷联式惯导系统的数据采集进行了分析与探讨。文中首先论述了惯性仪表的数据采集方法,然后针对船用捷联惯导系统的特点,设计了一个船用捷联惯导系统的惯性仪表数据采集电路,并对其数据采集、同步和中断等部分作了较详细的分析。     

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.     

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。     

船用指北平台式惯导模拟器中轨迹发生器设计

针对船用指北方位平台式惯导模拟器的需要,设计了一种贴合于舰船实际情况的轨迹发生器。根据舰船常见的运动状态给出了轨迹发生器的解析式方程,以及需要输入软件系统的运动参量,并在实验部分对设计的轨迹发生器进行了仿真实验。通过将轨迹发生器生成轨迹以及惯导在轨迹发生器生成的IMU参数下,自主、组合工作模式生成的轨迹进行比较,证明了算法的有效性。本文研究结果可为下一步船用指北平台式惯导模拟器的设计提供软件支持。     

船用指北平台式惯导模拟器中轨迹发生器设计

针对船用指北方位平台式惯导模拟器的需要,设计了一种贴合于舰船实际情况的轨迹发生器。根据舰船常见的运动状态给出了轨迹发生器的解析式方程,以及需要输入软件系统的运动参量,并在实验部分对设计的轨迹发生器进行了仿真实验。通过将轨迹发生器生成轨迹以及惯导在轨迹发生器生成的IMU参数下,自主、组合工作模式生成的轨迹进行比较,证明了算法的有效性。本文研究结果可为下一步船用指北平台式惯导模拟器的设计提供软件支持。     

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。     

基于抗差Kalman的天导/惯导组合导航技术

以天导位置作为量测信息对惯导设备进行综合校正时,天导位置误差因测星修正作用存在“误差回降”现象,降低惯导设备误差估计效果。针对上述问题,提出基于抗差Kalman的天导/惯导组合导航技术,降低“误差回降”对滤波精度和稳定性影响。试验表明,采用抗差Kalman可稳定估计惯导误差,证实所提方案具有较强的应用价值。     

船用捷联惯性导航系统研究

概述了捷联惯性导航技术的数学模型、基本原理以及与传统平台式惯性导航系统比较的优势,介绍了美国等发达国家船用捷联惯导系统的装备概况,展望了捷联惯性导航系统在我国海军的应用前景。     

潜用平台惯导陀螺漂移估计的新方法

为保证潜艇隐蔽性,满足高精度导航要求,设计了一种针对潜用平台惯导的陀螺漂移估计新方法。简要分析了陀螺漂移对惯导系统误差的影响;基于舒拉振荡周期,利用间断获得的外测信息建立惯导系统短时速度、位置误差模型并进行不确定度评估;采用Kalman滤波对陀螺漂移作了事后估计。仿真验证结果表明,建立的速度、位置误差模型可信度高。尽管该方法无法满足实时性要求,但可较为准确地估计出北向陀螺常值漂移以及水平误差失调角,有效抑制后续经度误差发散现象,提高了导航精度。     

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。     

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。     

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。     

利用ICCP的水下地磁修正惯导方法研究

迭代最近等值线算法（ICCP）是一种重要的地磁匹配导航算法。首先,为了获取相对精度较高的位置信息,又在一定程度上达到弥补实测数据精度不足的目的,将二次插值技术应用到地磁匹配算法中;然后,仿真计算得到了最佳匹配位置;最后,针对目前水下航行器通过航位推算等传统方法实现惯导重调的弊端,提出将地磁匹配位置误差作为观测量,用卡尔曼滤波对惯导系统的速度、位置和姿态误差进行最优估计。由最后仿真结果表明,以磁场匹配位置误差作为观测量来估计惯导误差是可行的。     

带平滑的自适应滤波器在惯导系统中的应用

本文对自适应滤波方法在惯导系统中的应用进行了可行性研究。本文讨论了惯导系统的状态方程和测量方程,也讨论了在实际应用条件下简化状态方程的方法,给出了适用于惯导系统使用的带平滑的自适应滤波器,并用带平滑的自适应滤波器对系统的状态和误差源的统计特性进行估计。仿真结果表明,带平滑的自适应滤波器具有良好的跟踪性能。即使事先对误差源的统计特性了解很少,滤波器也能比较准确地估计出系统的状态。     

纯方位定位中观测站布局优化研究

本章分析了两个观测站之间基线长度一定的情况下,观测站布局对目标纯方位定位精度的影响。采用定位的圆概率误差（CEP）为优化对象,推导出了观测站和目标辐射源在什么样的几何布局条件下,圆概率误差最小,即定位精度最高。通过Matlab仿真,进一步验证了结论的正确性。     

舰船综合导航系统多通道数据测试及精度评定系统

针对综合导航系统信息种类繁多,测试困难的特点,以Labview为软件开发平台设计了舰船综合导航系统多通道数据采集及精度评定系统。根据系统信息输出协议,设计了系统数据解码和误码检测算法,实现了综合导航系统输出数据的实时、准确采集。针对综合导航系统各分系统的信息种类和误差特性不同,利用采集的GPS卫星导航设备的速度、位置输出为参考,以MS860测姿系统的输出为姿态参考,设计了惯导系统、平台罗经等自主性导航设备精度评定算法,对其精度进行评定。系统成功应用于某新型惯导的精度评定海试试验。     

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。