姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析

姿态变化与舰船异常感应磁信号的分布具有紧密相关性,为保障舰船行驶安全,研究姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析方法。分别构建地磁坐标系、舰船坐标系与地理坐标系,分析3个坐标系间的转换关系;构建单椭球体和磁偶极子阵列混合模型仿真舰船感应磁场,利用磁传感器确定舰船在磁传感器区域的感应磁场值;根据舰船在地理坐标系下的感应磁强度与感应磁强度变化率分析舰船姿态。实验结果表明,该方法能够准确分析坐标系不同轴上的感应磁性数据,舰船姿态分析过程中俯仰角与磁航向角误差分别控制在±0.8°和±0.5°范围内。     

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。     

基于北斗降维双差模型的舰艇快速定姿算法研究

根据北斗GEO卫星的特殊星座构型,提出一种基于北斗降维双差模型的舰艇快速定姿算法。根据北斗GEO卫星的特点,在初始定位误差较小的情况下,忽略z轴误差带来的影响,建立降维双差模型。利用B_1和B_2频点形成宽巷组合,根据初始伪距值计算宽巷模糊度初始值,并解算基线向量候选值;通过模糊度函数法对候选值进行判决,得到最优基线向量,解出宽巷模糊度;最后以得到的最优基线向量为初始基线向量,利用B_1频点观测值形成2个双差观测方程,解算B_1频点模糊度,进行舰艇定姿。利用北斗实测数据进行仿真验证,结果表明该方法解算B_1频点模糊度成功率高,确定的航向角标准差为0.16°,纵摇角标准差为0.07°,是一种高效快速的舰艇定姿算法。     

基于北斗降维双差模型的舰艇快速定姿算法研究

根据北斗GEO卫星的特殊星座构型,提出一种基于北斗降维双差模型的舰艇快速定姿算法。根据北斗GEO卫星的特点,在初始定位误差较小的情况下,忽略z轴误差带来的影响,建立降维双差模型。利用B1和B2频点形成宽巷组合,根据初始伪距值计算宽巷模糊度初始值,并解算基线向量候选值;通过模糊度函数法对候选值进行判决,得到最优基线向量,解出宽巷模糊度;最后以得到的最优基线向量为初始基线向量,利用B1频点观测值形成2个双差观测方程,解算B1频点模糊度,进行舰艇定姿。利用北斗实测数据进行仿真验证,结果表明该方法解算B1频点模糊度成功率高,确定的航向角标准差为0.16°,纵摇角标准差为0.07°,是一种高效快速的舰艇定姿算法。     

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.     

捷联系统圆锥优化算法研究

传统的捷联姿态算法采用角增量计算旋转矢量.而对于采用光纤陀螺、微机械陀螺等新型惯性传感器的捷联系统,陀螺输出信号为角速率.通过角速率积分得角增量会带来计算误差.因此,以角速率作为圆锥算法的输入信号.参照传统算法,用角速率表示旋转矢量的微分方程,以角速率的叉乘项拟合圆锥误差项,并且在典型圆锥环境中计算多项式的系数.推导出一组改进的圆锥补偿算法,并给出新算法的误差漂移表达式.采用典型圆锥环境测试新算法的性能,当算法的输入为角速率时,新算法的精度比较传统算法有显著的提高.     

山区河流GPS-RTK水深测量姿态改正研究

针对GPS-RTK水深测量时测船姿态对测量精度的影响,结合山区河流大比例尺测图的特殊情况,通过对GPS天线船体坐标系VFS、换能器船体坐标系VFS与地理坐标系GRF的转换等测船姿态改正的数学模型分析研究,为正确认知、应用GPS-RTK水深测量姿态误差改正提供一些有益的结论。     

舰船磁定位算法实现及计算分析

首先建立磁场数学模型,然后在船长、探头的姿态角、航行的速度、船舶的起始点未知的情况下设计了磁定位算法。在算法中偶极子个数不确定,采用旋转椭球体和偶极子阵列混合模型进行磁定位,通过实验结果可以看出,目标舰船长度的估算和真实值偏差非常小,从而说明本文所设计算法的有效性。     

一种改进的基于GPS某型舰船姿态解算算法

载波相位GPS测姿实施中,其姿态解算是核心技术之一,目前有多种姿态解算算法,其中对于单基线姿态测量,直接算法因具有原理简单、计算速度快、实时性好等特点被广泛应用。但在舰船测姿实施中,对姿态角的测量会产生一定的误差。采用直接算法在解算中没有对粗大误差和GPS信号缺失进行处理,使得解算结果误差较大。因此提出一种改进的舰船姿态解算算法即基于自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法。建立航向角和纵摇角的解算模型,从理论上推导了基线越长,航向角测量精度越高;航向角的解算精度比纵摇角的解算精度高;基于自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法的解算精度比直接法的解算精度高。通过仿真实验,对上述推理进行验证,航向角的解算精度比纵摇角的结算精度高出一个数量级;改进算法的解算精度比直接算法的解算精度高出一个数量级。     

舰艇真航向动态测量方法中舷角的误差修正及仿真

舰载电子经纬仪相对于岸上物标的舷角测量精度会直接影响舰艇真航向的解算精度。在航行过程中,舰艇会因风浪产生摇摆,舷角的测量精度也会受到影响。本文主要分析了不同摇摆情况对电子经纬仪测量的影响,同时利用坐标变换原理和舰艇提供的姿态信息推导出舷角测量的误差修正数学表达式。最后采用Matlab语言对文中修正方法进行编程与仿真验证。仿真结果表明,误差修正较好地改善了舰艇摇摆对舷角测量的影响,保证了舷角测量的精度,从而为舰艇真航向动态测量研究提供了有力的理论依据。     

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。