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。     

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。     

捷联罗经方位大失准角下的快速对准方法

为解决大失准角情况下采用传统罗经对准方法存在的收敛时间长这一问题,提出一种基于重力视运动解析对准与罗经法线性对准模型相结合的捷联罗经快速对准方法。该方法首先利用重力矢量视运动规律进行解析对准迅速实现大失准角估计,然后在小失准角情况下利用罗经法完成精确对准。仿真试验结果表明:提出的方法在小失准角下与传统罗经法具有等效性,而在大失准角时具有更快的对准速度,在系泊晃动情况下也可快速对准。     

基于卫星导航设备的多平台空间配准方法

主要针对现有多平台空间对准算法精度比较低,而我国卫星导航技术却不断成熟,研究了一种多平台空间配准方法,用于解决装备高精度导航设备的平台空间对准问题。详细分析了其空间对准的过程,并根据其流程和算法,进行了实例验证。仿真计算结果表明,该算法是有效的,可以较好解决空间对准问题。     

最大相关熵的船体分段扫描数据配准算法

三维扫描数据和工艺模型间的配准定位是船舶建造精度管理与控制的关键,采用常规的配准算法难以有效抑制粗差对位姿定位精度的影响.为实现快速、准确配准,给出合理的建造精度评价,提出一种基于最大相关熵的鲁棒性点云配准算法,以削弱粗差对配准精度影响.该算法的核心是将高斯核函数引入到配准学习中.通过构建以高斯核函数为核心的稳健估计模...     

单矢量水听器MUSIC估计与互谱估计的性能比较研究

为了研究单矢量水听器的目标方位估计能力,将MUSIC算法和互谱法分别用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流形特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单矢量水听器的MUSIC高分辨方位估计。对单个的目标进行方位估计仿真,同时将MUSIC算法与互谱法进行比较,得到在低信噪比下,MUSIC算法的方位估计精度要高于互谱法。在高信噪比下,MUSIC算法和互谱法的方位估计有比较好的性能。水库试验数据验证了该MUSIC算法和互谱法的有效性。     

陀螺稳定平台姿态控制精度评定试验方法

陀螺稳定平台姿态精度评估是稳定平台姿态控制的关键技术之一。姿态控制精度的评定不仅仅取决于测量系统硬件设备的性能和精度,还与所采用的精度评定试验方法有关。针对大负载稳定平台姿态控制精度评估问题,论文对陀螺稳定平台误差机制进行了分析,设计了基于激光传播特性的高精度光学测姿系统及相应试验方案,对陀螺稳定平台静态、动态环境下的姿态控制精度进行了评定试验,对试验结果进行了分析。试验结果表明,该光学测姿系统具有较高的测量精度,实用性好,可推广性强。     

一种矢量阵近场恒定束宽波束形成方法

矢量传感器可以同步共点地获取声场的标量和矢量信息,具有较好的指向性、紧凑的结构及抑制各向同性噪声干扰等优点,同时应用多个矢量传感器组成矢量阵可以获得更高的测量增益,为低信噪比条件下舰船辐射噪声量级的准确评价提供一种有效手段。本文建立矢量阵近场信号模型,给出基于单个矢量传感器输出量处理和基于阵列同类输出分量相乘处理的波束形成方法,并针对恒定束宽波束形成问题,提出一种基于Kaiser窗的近场恒定束宽波束形成方法,利用Kaiser窗的特点,通过设定窗函数的步长随指数变化,使设计波束响应逐渐趋于理想波束响应,提高了恒定束宽波束形成器的设计精度,最后通过仿真试验验证上述算法的性能。     

压差式矢量水听器定向系统

由于基于声压水听器的定向系统在小体积和低频段时定向精度很低,不能满足深弹要求,因此研究了基于压差式矢量水听器的水下目标被动声定向系统。该系统采用声压和振速联合处理的方法获得目标的方向,由压差式矢量水听器和DSP软硬件系统组成。在实验室,用模拟的信号和软硬件系统进行了试验研究,证明压差式矢量水听器在低频段和小尺寸条件下具有可靠的定向性能和2°的方位角定向精度。     

基于钻杆力学推算的水下定向钻进艏向校正算法

针对水下导向攻泥器钻头安装空间有限,钻进导航所用的紧凑型MEMS惯性器件精度较低且长时间工作艏向角容易发散等问题,提出了一种基于柔性钻杆力学模型的位姿推算和辅助校准方法,在不增加传感器的条件下可有效提高原有导航精度。根据柔性杆理论建立钻头艏向角与坐标之间的数学模型,利用钻杆近端刚性大和变形量小的特点,在惯导数据误差偏大时采用卡尔曼滤波算法对MEMS惯导数据与钻杆变形量进行数据融合,从而实现艏向角纠偏和校准的目的。最后在不同工况下通过Abaqus有限元软件进行仿真试验,得出柔性钻杆变形量的对比数据,验证钻杆力学推算算法的有效性。试验表明：基于钻杆力学推算的艏向校正算法满足艏向角辅助校正的基本要求。     

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.     

捷联惯导系统晃动基座高精度快速自对准技术研究

传统自主对准要求捷联惯导系统准确感应地球自转角速度,导致捷联惯导系统对准期间必须处于静止或微幅晃动状态,限制自主对准的适用范围,而且一般的舰载武器系统难以处于绝对静止状态。为实现舰载武器在晃动条件下的自主对准,本文研究提出了晃动基座下的自对准方案。首先,在粗对准阶段,基于重力加速度在惯性空间的投影量,将姿态阵分割为4个矩阵分别求取,减弱晃动对粗对准的影响;其次,利用晃动条件下系统可观测性提高的特点设计相关滤波器。通过实验验证了此对准方案的可行性。     

基于测姿GPS及电子罗盘组合的姿态估计算法

针对低成本姿态测量应用需求,研究了由测姿GPS与电子罗盘组合的姿态估计算法。以捷联姿态误差模型为基础,利用等效倾角误差表示姿态误差,引入角速率误差作为状态参量,通过四元数微分方程推导等效倾角误差传递模型。从GPS双差载波相位测量方程和电子罗盘地磁矢量方程出发,从观测量的物理意义出发推导了等效倾角误差为状态参量的非线性观测方程。采用扩展卡尔曼滤波对姿态参数进行状态估计。车载实验表明该算法能够有效地提高姿态测量精度和系统的鲁棒性,具有较好的实用性。     

样本匹配算法在鱼雷弹道融合中的应用

通过分析鱼雷对抗试验中获得的内外测弹道数据的特点,在比较多种曲线匹配算法的基础上,提出了一种基于样本的匹配算法。该方法利用弹道曲线上的点对应的矢量作为特征无关量信息,在合理选取样本点基础上,采用最大相似性准则对弹道曲线进行匹配,找到曲线最佳匹配段,从而对准内外测弹道的时间基准,以用于弹道融合。     

单矢量水听器多目标方位估计的算法研究

矢量水听器可有效抑制各向同性的背景噪声干扰,能同时共点地拾取声场的声压标量和振速矢量信息。这些信息的偶次阶矩组成了以各个目标的声强和方位为未知数的非线性方程组。为了求解该方程组,研究了具有全局最优化概率搜索的快速方法:遗传算法和小生境遗传算法,并对两者的性能进行比较。仿真试验的结果证明了算法的可行性,即基于小生境遗传算法能够实现单个矢量水听器进行多个非相干源目标的方位估计。为了提高弱目标的方位估计精度,又提出了二次小生境搜索方法。     

船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法

为满足船用捷联惯性导航系统对准快速性和精确性的要求,提出一种系泊条件下的捷联惯导系统快速初始对准方法。利用三阶调平回路进行水平精对准,直接计算出重力加速度在基座惯性坐标系下的投影,并采用加权求平均算法对重力加速度的投影进行平滑。最后根据惯性系下重力加速度慢速圆锥变化的特性,利用平滑后的重力加速度实现舰载捷联惯导快速初始对准。对所提出的快速对准算法进行了仿真,并利用系泊实验进一步验证了惯性系快速对准方案的可行性。结果表明,所提出的快速对准方法在6分钟内完成了初始对准,且对准精度满足中等精度捷联惯导系统要求。     

北斗／INS 组合导航滤波算法的研究

为了提高北斗定位系统定位定姿的精度及性能,利用惯性导航系统（inertial navigation system ,INS）姿态信息进行辅助,建立BDS／INS组合定位算法。通过INS输出信息与BDS观测信息紧组合的方式,以北斗导航卫星系统的伪距以及伪距率作为子系统状态量,利用卡尔曼滤波方法将卫导观测信息与惯导导航参数融合在一起进行计算。通过实际仿真实验表明,相比于原系统算法,组合后的算法能有效地提高BDS定位的精度和成功率。     

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。     

惯导辅助的GPS船舶测姿系统关键技术研究

针对现有的多种周跳检测与修复、整周模糊度求解算法以及单纯GPS测姿和单纯惯导测姿的优缺点,提出了一种适合船舶姿态测定的方案。该方案结合平差原理和多普勒信息处理周跳,并对LAMBDA算法进行了改进和优化,采用多种约束信息来剔除不正确模糊度组合,最后采用基于Kalman模型进行陀螺与GPS航向角数据融合。实验结果表明,在0.497m基线条件下,航向角精度优于0.3°,俯仰角(横滚角)测量精度优于0.5°。