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。     

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。     

舰用激光陀螺双轴旋转惯导系统闭环对准方法

旋转调制惯导系统初始姿态误差由于其不可被调制,从而影响系统长航时的精度。本文针对激光陀螺双轴旋转惯导系统,以提高系统初始对准精度为目的,将系统初始对准过程作为随机控制系统处理。结合双轴旋转带来的优势,应用随机闭环控制理论,提出双轴旋转惯导闭环对准方案,并设计滤波器和闭环反馈控制律。利用实验室双轴转台和激光陀螺IMU,构建双轴旋转惯导半实物演示系统,验证闭环对准作为双轴旋转惯导系统精对准方法的可行性。试验结果表明,闭环对准方法与双轴旋转相结合,能够有效估计IMU误差并补偿,比传统的开环卡尔曼滤波对准精度高。     

重力图匹配导航方法研究

提出一种利用重力异常信息校正惯导系统的方法按照一定方法将重力实测数据和数字重力图进行相关分析和匹配以得到最优路径,再用位置误差对惯性器件误差进行扩展Kalman滤波估计,最后对惯导系统的导航状态进行修正,得到最优导航状态。     

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。     

低成本AHRS中Kalman滤波器的降维状态观测器设计

最优控制系统如捷联惯导系统（AHRS）都离不开状态反馈。然而系统的状态变量并不都是易于直接检测到的，这就需要状态观测器。基于减轻导航计算机计算负担和降低成本的考虑，提出Kalman滤波器的降维观测器的设计，并且讨论了误差模型的噪声补偿和降低估值误差的方法。     

基于Kalman滤波的激光陀螺系统极标定方法研究

针对传统的分立标定方法标定精度受姿态基准精度的制约,且不满足带减振器的惯性测量单元(IMU)标定及现场标定的需求,提出一种基于Kalman滤波器的系统级标定方法.为了确保解的唯一性,该方法引入了基准坐标系的约束条件,以速度误差为观测量,对激光陀螺及加速度计相关误差参数进行最优估计及辨识.仿真结果证明该方法的有效性及可行性,满足高精度惯导系统的标定需求.     

一种应用自适应滤波的新型船用综合导航系统

本文介绍一种以自适应卡尔曼滤波器为核心,以电子屏幕导航为应用手段的新型船用综合导航系统(以下简称综导)。卡尔曼滤波仍是当今船舶导航最适用的滤波方法,但普通卡尔曼滤波对被测系统动态模型和噪声验前统计的苛求,给研制高效综导带来困难。根据系统辨识理论,我们采用虚拟噪声补偿技术,对普通卡尔曼滤波器进行改造,并加进一种用来递推估计噪声统计特性的估值器,构造成自适应卡尔曼滤波器,结果令人满意。此外,以下三点也是本系统设计中的新颖之处:(1)将导航星全球定位系统(GPS)信息与劳兰C、NNSS卫导信息一并接入综导,改善综导的精度和冗余度;(2)采用一种新的防发散算法,能有效的控制自适应滤波器可能的发散;(3)驾驶员观察以电子海图为背景的显示器画面,根据船位偏离情况引导船舶航行,使导航变得既可靠又方便。我们称这种导航手段为电子屏幕导航。文章末尾给出了计算机仿真结果。仿真表明,70～80%的系统噪声和量测噪声能被抑制掉。该系统样机正在进行海上试验。     

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。     

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。     

基于水声传播时延补偿的惯导误差修正方法

针对潜器惯导定位误差修正问题,提出惯导/多信标水声测距组合导航实现方法,并主要针对由于潜器运动与水声传播时间延迟导致的误差进行分析,提出一种基于水声传播时延补偿的水下惯导定位误差修正方法,该方法利用扩展卡尔曼滤波,通过对惯导系统位置误差状态的前推,重构量测方程,实现量测方程与系统量测量时间的一致性,补偿时间延迟产生的误差。仿真结果表明,该方法可有效提高惯导/多信标水声测距组合导航系统对惯导定位误差修正的精度。     

鲁棒最小方差滤波在惯导初始对准中的应用研究

在运载体机动时，卡尔曼滤波器会导致捷联惯导系统初始对准时产生较大的机动误差。而H∞鲁棒滤波技术将噪声和不确定输入看作是只知道上界的参数，而不是统计特性服从某一分布的随机向量，从而提高了系统的鲁棒性。但由于H∞滤波一般不单独考虑系统不确定项的影响，从而得到的结果较为保守。因此，学者们又提出了离散时间不确定系统的鲁棒最小方差滤波技术。计算机仿真结果表明，用鲁棒H∞滤波器和鲁棒最小方差滤波器代替卡尔曼滤波器对SINS初始对准时的状态变量进行估计校正后，能有效降低SINS初始对准的机动误差，提高系统初始对准的精度。但鲁棒最小方差滤波器比鲁棒H∞滤波器滤波校正效果更好。     

系泊状态舰载捷联惯导系统的全参数在线标定

为了满足在舰标定的需求,提出了一种舰载捷联惯导系统在系泊状态下的全参数在线标定方法。首先建立了陀螺和加速度计的输出误差方程。然后给出了误差参数标定Kalman滤波模型,该模型以陀螺和加速度计零偏、安装误差、标度因数误差等24个误差量为状态量。设计了低通滤波器从捷联惯导解算速度中获取速度解算误差作为量测量。设计了一种合理的标定路径,提高了状态量的可观测度。通过对IMU转位数据进行导航滤波处理,估计出全部参数。仿真试验和实物摇摆试验表明,该方法能够准确地估计出全部参数,具有工程实践价值。     

惯导系统最大定位误差的极值分析

根据惯导系统定位误差的特点，采用极值理论，对最大定位误差建立极值模型，研究其统计规律，估计其回报水平。通过仿真分析，证明模型选择恰当，方法简单有效。     

扩张状态观测器在惯导系统初始对准中的应用研究

根据平台式惯导系统初始对准的误差模型,首先介绍了初始对准的卡尔曼滤波方法,而后研究了把扩张状态观测器与卡尔曼滤波器相结合用于惯导系统的初始对准方法,最后对系统在受干扰和未受干扰2种情况下,分别进行了仿真研究.仿真结果表明,该方法与卡尔曼滤波方法相比,在保证对准精度的条件下,系统姿态角对准时间大大缩短;在系统受到干扰时,该方法仍具有很强的适应性和稳定性.     

旋转式捷联惯导系统的误差分析与仿真

给出旋转式捷联惯导系统的误差方程。分析得到在旋转的条件下,系统主要误差源（即陀螺常值漂移,加速度计零位偏差）对导航参数输出的影响。通过数字仿真验证了理论分析的正确性,为旋转式捷联惯导系统的工程应用提供了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

解析式惯导系统线性分析

静电陀螺是一种高精度陀螺仪,用静电陀螺组成的惯导系统目前已经开始在舰艇和飞机上得到应用。考虑到对静电陀螺加精确的控制力矩目前尚有困难,所以一般利用静电陀螺组成解析式惯导系统。本文从线性动力学方程出发,讨论了经补偿后剩余的陀螺常值漂移、与重力加速度g一次方成比例的漂移以及加速度计零位误差对系统的定位误差、方位误差以及数学平台相对垂线偏差的影响,并利用计算机进行模拟,比较了水平阻尼和全阻尼状态下系统的精度。分析结果表明,尽管在解析式惯导系统中,陀螺常值漂移被地球自转所调制,使纬度误差的传播有发散趋势,但如果将漂移控制在0.001度/小时,则系统的定位误差将小于0.1海里/小时。