捷联惯导系统初始对准技术的研究

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船用捷联惯导系统动态初始对准技术研究

船用捷联惯导系统动态初始对准技术研究

船用捷联惯导系统动态初始对准技术研究
张爱军;王昌明;何云峰
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】2009(31)1
【摘要】针对捷联惯组动态对准精度低,初始误差大且每次各异的缺点,提出利用船位推算位置误差对航向误差角进行补偿的方法.船体从起始位置航行到达一个位置已知点,由船位推算位置与实际位置的误差即可计算出航向误差角,同时消除累计位置误差,提高导航精度.最后通过湖态试验验证了该方法的有效性.
【总页数】3页(P44-46)
【关键词】船舶;导航设备;捷联惯组;动态对准;船位推算;航向误差角
【作者】张爱军;王昌明;何云峰
【作者单位】南京理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U666.12
【相关文献】
1.水下潜器捷联惯导系统初始对准技术研究 [J], 高伟;陆强;曹洁;孙枫
2.舰船单轴旋转激光捷联惯导系统动态初始对准 [J], 翁海娜;姚琪;胡小毛
3.船用捷联式惯导系统初始对准及对陀螺随机常值漂移估计方法的研究 [J], 徐晓苏;万德钧
4.一种基于动态规划理论的捷联惯导系统初始对准方法 [J], 杨勇;缪玲娟;侯朝桢
5.船用捷联惯导系统在系泊状态下的快速初始对准方法 [J], 程向红;万德钧;房建成因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

航母舰载机捷联惯导系统自主对准算法流程研究

航母舰载机捷联惯导系统自主对准算法流程研究

航 母 舰 载机 捷 联 惯 导 系 统 自主 对 准 算 法 流 程 研 究
袁 涛 , 曲志 刚 , 徐 景硕 , 刘 关 洁
( 海军航空工程学 院青岛校区 , 山东 青 岛 2 6 6 0 4 1 )

要: 随 着 我 海 军 现 代 化 进 程 的不 断发 展 , 舰载武器倍 受关注 , 但 风 浪 等 因素 影 响 产 生 的 航 母 摇 摆 晃 动 , 会
c a u s e o f t h e wa v e,t he s e a b r e e z e e f f e c t c a us e s t h e c a r r i e r d e c k s wi n g a n d s wa y. Th i s b r i n g s di fi c ul t y t o c a r r i e r ai r c r a f t i n e r t i a l n a v i g a t i o n
第 3 3卷
第 2期







V0 1 . 3 3 No . 2 3年 4月
J o u r n a l o f P r o j e c t i l e s ,R o c k e t s ,Mi s s i l e s a n d Gu i d a n c e
力加速度矢量信息 , 根据这一思路 , 文 中 给 出 了基 于 重 力 加 速 度 积 分 矢 量 的解 析 自主 粗 对 准 和 自主 精 对 准 的
算法 流程。理论分析和仿真结果表 明 , 该 运 动 基 座 上 捷 联 惯 导 自对 准 方 法 能 有 效 解 决 舰 船 系泊 状 态 下 舰 载 机

GPS辅助激光陀螺捷联惯导系统动基座对准实验研究

GPS辅助激光陀螺捷联惯导系统动基座对准实验研究
中图分 类号 : 6 U6 6 文献标识 码 : A 文章编 号 :0 89 6 ( 0 7 0 —0 80 1 0 —2 8 2 0 ) 20 2 —5
1 引 言
初 始 对 准 是激 光 陀 螺捷 联 惯 导 系统 的 关 键技 术之一 , 目的是 获得 载体 系与 导航 系间的姿 态矩 其 阵 。按 照基 座在 对准 时的状 态 , 始 对准 可 以分为 初 静 基座 和运 动基 座 两 种情 况 。静 基 座对 准 可 以 由 捷 联惯 导 系统 自主完成 。在 运动 基座 上 , 联惯 导 捷 系 统通 常需要 获得 系统 以外 的 参考 信 息 作 为 观 测 量 , 过 Kama 通 l n滤 波实 现最 终 的精 确 对 准 。虽然 与静 基座 相 比, 基座 对 准 实 现 难 度 较 大 , 是它 动 但
的 车载动基 座 实际测 量数 据进 行 了离线的 半 实物仿 真 。仿 真 结果 表 明 , 基座 对 准 能够在 1 动 O
分钟 以 内快速 实现 , 是 达到 的 对准精度 与静 基座 对 准相 比稍 差。 但
关键词 :激光 陀螺 ;捷 联 式惯性 导航 ; S ;卡 尔曼 滤波 ;动基 座 ; 始 对 准 GP 初
定 位结果 , 也就 保证 了 比较高 的可靠 性 。 这
维普资讯
靠性 高 。采 用这 种方 案 , 只需 要 将 SNS的误 差 量 I
列入 组合 系统 的状 态 变 量 , 波 器 容 易设 计 实现 ; 滤
同时 , I SNS与 GP S的 数 据 处 理相 对 保 持 独 立 , 即
使 其 中某一 系统失 灵 , 组合 系统 仍然 能够 继续 给 出
可 以显 著 提高激 光陀 螺捷联 惯 导平 台的适 用 性 , 因 此长期 以来一直 是初 始对 准研 究 中的热 点 。

双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究

双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究

双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究摘要:针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统在使用过程中存在的初始对准不准确、对准时间过长等问题,本文对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术进行研究。

首先分析了传统初始对准方法的原理及其存在的局限性,在此基础上提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法,通过该方法优化了系统的初始对准精度。

同时,还对系统的初始对准时间进行了研究,提出了一种自适应算法,根据系统的实际状况进行相应的调整,实现了较快的初始对准时间。

最后通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性,实验结果表明,该方法具有较高的精度和较短的初始对准时间,可以为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。

关键词:双轴连续旋转调制捷联惯导系统;初始对准;旋转矩阵;自适应算法;仿真实验。

1. 引言惯性导航系统是一种基于惯性力学原理进行导航的技术,它具有独立性、连续性和精度高等优点,在军事、航空、航天和海洋等领域都有广泛的应用。

其中,捷联惯导系统是惯性导航系统的重要组成部分,它通过多个惯性传感器的测量和信号处理,实现位置、速度和姿态等参数的估计和更新。

双轴连续旋转调制捷联惯导系统是捷联惯导系统中的一种常见形式,它具有多个优点,如精度高、稳定性好、抗干扰能力强等。

但是,在使用双轴连续旋转调制捷联惯导系统时,必须进行初始对准,以保证系统的工作性能。

通常采用的传统初始对准方法包括水平对准、方位对准和姿态对准等。

但是,这些方法存在一些局限性,如准确度低、对准时间长等。

因此,如何改进双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术,成为了当前研究的热点和难点。

本文针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准问题,提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法,并设计了一种自适应算法,可以根据系统的实际状况进行相应的调整,从而实现较快的初始对准时间。

最后,通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性,为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。

光纤陀螺捷联惯导系统罗经法初始对准研究

光纤陀螺捷联惯导系统罗经法初始对准研究
21 0 1年 第 3 0卷 第 1 O期
传感器与微 系统 ( rnd cr n coytm T cnlg s T asue dMi ss eh o i ) a r e oe
5 3
光 纤 陀螺 捷 联 惯 导 系统 罗 经 法初 始 对 准 研 究
王 海涛
( 江 大 学 机械 电 子 控 制 工 程 研 究 所 , 江 杭 州 3 0 2 ) 浙 浙 10 7
光纤陀螺捷联惯性导航 系统 在未来具有非常广泛的应用前
景 。初 始 对 准 是 捷 联 惯 导 系统 的 关 键 技 术 之 一 , 型 的 初 典
实体平 台, 可以利用罗经效应 , 完成捷联惯导 系统 的罗 经法 对准 。经典 的捷 联惯 导 系统 罗经法 初 始对 准分 为 2个 阶 段: 解析式粗对准和精对 准 。但解析 式粗对 准方法 的缺 点
n vg t n s se i i ey u e . o a smeh d f r n t lain n ssu id a d t ei r v me ti p o o e a ia i y t m sw d l s d C mp s t o o i a l me t t d e n h mp o e n s r p s d o i i g i frS N n sa in r a e w t n n wn a i t n o io t l t t d . o rse i a l n n t o h w o I S o tt a y b s i u k o zmu h a d h rz n a at u e F u —t p i t l i me t o h i n i ag me h d s o i ls i a e n s l e it tr e se s w ih a e o io tl a in n , z t c a s l n n n n ca sc h s b e i i d n o h e tp h c r h r na l me t a i h o re ai me t a d mp f i z g mu g c mp s l n n . h nt l l n n e tw t h e t o a e n t td t a h l n n a su e o a sai me t T e i i a i me t s i t e n w meh d h sd mo s ae h tte a i me t n a s r g i ag t h r g c

捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究

捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究

捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究一、本文概述随着导航技术的不断发展,捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System, SINS)在动基座对准和导航误差抑制方面展现出越来越高的应用价值。

本文旨在探讨一种新型的捷联惯导动基座对准方法,并对导航误差抑制技术进行深入研究。

通过对比分析传统对准方法的不足,本文提出了一种基于多传感器融合的新型对准算法,旨在提高对准精度和效率。

针对导航过程中的误差积累问题,本文还研究了有效的误差抑制策略,以期提高捷联惯导系统的导航精度和可靠性。

本文首先介绍了捷联惯导系统的基本原理和应用背景,阐述了动基座对准和导航误差抑制在惯性导航中的重要性和挑战。

随后,详细介绍了新型对准方法的基本原理和实现过程,包括多传感器数据融合、对准算法设计以及实验验证等方面。

在误差抑制技术研究方面,本文重点探讨了误差来源、误差传播特性和抑制策略,提出了一种基于卡尔曼滤波的误差估计与补偿方法。

本文的研究成果对于提高捷联惯导系统的性能具有重要意义,不仅有助于提升动基座对准的精度和效率,还能有效抑制导航过程中的误差积累,从而提高整个导航系统的可靠性和稳定性。

本文的研究方法和结论也为相关领域的研究人员提供了有益的参考和借鉴。

二、捷联惯导系统概述捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,简称SINS)是一种不依赖外部信息、完全自主式的导航系统。

其核心部件包括陀螺仪和加速度计,分别用于测量载体相对于惯性空间的角速度和线加速度。

通过积分这些测量值,系统能够推算出载体的速度、位置和姿态信息。

捷联惯导系统的最大特点在于它将传统的平台式惯导系统中的实体平台用数学平台来替代,从而大大简化了系统结构,提高了可靠性,并降低了成本。

捷联惯导系统的基本原理是通过载体上安装的陀螺仪和加速度计实时测量载体的角运动和线运动参数,再结合初始对准得到的姿态矩阵,将加速度计测量的比力转换到导航坐标系下,进行积分运算得到速度和位置信息。

旋转调制式捷联惯导系统初始对准方案研究

旋转调制式捷联惯导系统初始对准方案研究
覃方君
403) 3 0 3
( 军 工 程 大 学 武 汉 海


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 , 其初始对准 的误差 则不受调制 , 以有必要对旋 但 所 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 。 关键词 旋转调制 ;二位置对 准;奇异值分解 ; 可观测度
Wa gCh o i Qi a gu n a L An nF n jn
( v l ie st fE gn e ig,W u a 4 0 3 ) Na a Unv r i o n ie rn y hn 3 0 3
A t a t Th n t lai n e tt c n l g so e o h e e h o o y o e t l a i a in,a d isp e ii n wi f bs r c e i i a l m n e h o o y i n ft e k y t c n l g fi r i vg t i g n an o n t r cso l a — l f c h a i a in r s l. B s d o e t i c e ,t e r t t n mo u a i n s r p o y tm a d l t h r o s o e t t e n vg t e u t a e n c ra n s h me h o a i - d lt ta d wn s se c n mo ua e t e e r r f o o o I Us h r f r h r cso f a i a i n s s e c n b p o e .Bu h r o so iil l n n ft es s e c n n t M ,t e eo e t e p e ii n o vg t y tm a ei r v d n o m t ee r r fi t i me to h y t m a o t n aag b d lt d S s e s n il O s u y t e i i a l n e tt c n lg fr t t n mo u a i n s s e a d f d a p o e — emo u a e . o i i s e ta t d h n t lai m n e h o o y o o a i - d lto y tm n i r p ra t t i g o n l n e ts h me f r s c y tms n t i p p r h e c e s t a a e u e n r t in mo u a i n s se r t d e i m n c e o u h s se .I h s a e ,t r e s h me h t c n b s d i o ao - d l t y t ms a es u id g o a d a a y e ,a a t h c e e r i l td n n l s d tls e s h m sa esmu a e .Th e u t r v h tt et - o i o c e a t er s l p o e t a h wo p st n s h mec n i r v h b e v b l y s i mp o e t eo s r a i t i o y t m a ib e n h o t o sr t i n s h m ep o i e h e tp cso fs s e v r l sa d t e c n i u — o ao c e r vd s t e b s r ii n,h g e ts e d a d b s fe t . a n i h s p e n e te fc s K y W o d r t to - d l t e rs o a i n mo u a i n,t o i o l n n ,S wo p st n a i me t VD ,o s r a i t i g b ev bl y i

基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究的开题报告

基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究的开题报告

基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究的开题报告一、课题名称:基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究二、课题背景:捷联式惯性导航系统(INS)是一种能够确定飞行器位置、姿态和速度等参数的关键技术。

INS通常由陀螺仪和加速度计组成,通过测量飞行器在空间中的旋转和加速度来估计其位置和姿态。

传统的INS采用了机械式陀螺仪和加速度计,具有高精度和可靠性,但是成本昂贵且体积庞大。

近年来,基于MEMS技术的惯性传感器因其小型化、低成本和低功耗等优点而越来越受到关注。

因此,开发基于MEMS的捷联式INS在轻型飞行器中的应用具有重要意义。

初始对准是INS的一个重要过程,是使INS能够在没有先验信息的情况下确定其位置、速度和姿态的过程。

在初始对准中,通常需要使用地面测量设备或GPS等辅助手段来提供先验信息。

但是,在某些环境下,这些手段可能无法使用或精度不够高。

因此,开发无需外部辅助手段的初始对准算法,对于实现高精度的INS非常重要。

三、研究内容:本课题旨在研究基于MEMS技术的捷联式INS的初始对准问题,具体内容包括:1. 设计基于MEMS技术的捷联式INS硬件平台,包括陀螺仪、加速度计和数据采集系统等组件。

2. 提出基于MEMS技术的捷联式INS的初始对准算法,包括零偏校正、初始校正和姿态校正等环节。

3. 搭建实验平台,进行基于MEMS的捷联式INS初始对准算法的验证和实现。

四、研究意义:本课题的主要意义在于:1. 开发基于MEMS技术的捷联式INS对轻型飞行器进行导航和定位。

2. 通过研究基于MEMS的捷联式INS初始对准算法,降低INS对外部辅助手段的依赖,提高其精度和可靠性。

3. 探索MEMS技术在惯性导航领域的应用,促进相关技术的发展和应用。

五、研究方法和技术路线:本课题的研究方法和技术路线包括:1. 理论分析:通过分析MEMS技术的优点和缺点,结合已有的初始对准算法,提出基于MEMS技术的初始对准算法。

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捷联惯导系统初始对准技术的研究
摘要:初始对准是捷联惯导系统关键技术之一。

初始对准精度直接影响捷联惯导系统的工作精度,初始对准时间也是反映武器系统快速反应能力的重要战术指标。

捷联惯性导航系统是将惯性器件陀螺仪、加速度计构成的惯性测量单元直接与载体固联,测量得到的载体角速度与线运动参数是沿载体固联的坐标轴上的分量。

导航计算机通过计算“姿态矩阵”可以将加速度信息转换到惯性坐标系或当地地理坐标系,从而实现“数学平台”,然后再进行速度及位置计算。

图1即为捷联式惯性导航系统原理框图。

捷联惯导系统的关键技术包括初始对准问题、有害加速度的消除及引力修正、惯性元件误差模型的建立和实时补偿、捷联矩阵的更新等。

捷联惯性导航系统初始对准的目的是建立捷联矩阵的初始值。

1、捷联惯导系统初始对准基本概念
按对准阶段来分,初始对准一般分为两个阶段:第一阶段为粗对准,第二阶段为精对准。

捷联系统粗对准的任务是得到粗略的捷联矩阵,为后续的精对准提供基础,此阶段精度可以低一些,但要求速度快。

精对准是在粗对准的基础上进行的,通过处理惯性敏感元件的输出信息,精确校正真实导航坐标系与计算的导航坐标系之间的失准角,使之趋于零,从而得到精确的捷联矩阵。

按照捷联惯性导航系统初始对准时载体的运行状态来分,可分为静基座对准和动基座对准。


照初始对准时是否取得外部信息,可分为自对准和非自对准.惯性导航系统的自对准是利用重力矢量和地球自转角速率矢量通过解析的方法实现的初始对准,这种对准方法的优点是自主性强,缺点是所需的对准时间长。

非自主式对准可以通过机电或光学方法将外部参考坐标系引入系统,实现惯性系统的初始对准.在捷联惯性导航系统的粗对准阶段,可以通过引入主惯导系统的航向姿态信息,通过传递对准,迅速将数学平台对准导航坐标系,减小初始失准角.在精对准阶段,可以通过组合导航的方法,利用其它导航设备(如GPS,计程仪)等提供的信息(如速度和位置)作为观测信息,通过卡尔曼滤波实现精确对准。

目前有关初始对准问题的研究主要集中在误差模型的建立、模型求解方法和误差模型的可观性分析三个方面,本文正是针对这三个方面,对初始对准的国内外研究状况进行综述。

2、初始对准的误差模型
捷联惯导系统初始对准的误差模型及常用算法研究的基础模型有Ψ角误差模型和Φ角误差模型。

前者基于导航坐标系,是指导航坐标系到计算坐标系(通常取计算的地理坐标系)的小角度误差;后者基于真实坐标系,是指导航坐标系到真实坐标系(通常取地理坐标系)的小角度误差。

3、求解误差模型的方法
3. 1古典方法
从频率域角度设计对准回路,并将对准分为水平对准和方位对准,对准过程首先是水平粗对准,然后是方位粗对准;在粗对准之后再精对准,首先是水平精对准,然后是方位精对准.由于对准回路频带低,响应慢,因此整个对准时间长。

针对在静基座捷联惯导系统初始对准中,东向陀螺漂移没有估计效果,使得估计的方位失准角存在常值误差的问题,上海交大提出了,建立东向陀螺漂移估计位的修正方程,并对其进行修正,从而大大提高了方位失准角的估计精度。

3.2 Kalman滤波在初始对准中的应用
提高惯性导航系统初始对准精度的最佳途径之一是利用Kalman滤波这一重要数学工具,对于采用自主对准方式的惯导系统,一般采用卡尔曼滤波技术估计出系统的失调角和惯导系统误差源,然后采用一定的控制技术设计出控制角速率使失调角达到规定的要求。

卡尔曼滤波的对象是用状态方程来描述随机线性系统,它按照估计误差方差最小的原则,从被污染的观测值中,实时估计出系统的各个
状态。

Kalman滤波要求系统噪声和观测噪声的统计特性己知,并都应为白噪声;如果系统噪声为有色噪声,则需要扩大状态变量,使系统噪声和观测噪声变成白噪声;如果观测噪声为有色噪声,则需要引入新变量以获取在有色噪声条件下的卡尔曼滤波方程。

3. 3鲁棒控制理论在初始对准中的应用
基本的Kalman滤波器的性能对于系统中存在的噪声不确定性比较敏感,因此基本的卡尔曼滤波难以取得高精度,有时还会发散;另外,实际系统的数学模型往往是经过一定的近似和简化。

由于系统的模型误差和噪声统计特性存在不确定性,这就要求所设计的滤波器有特别突出的鲁棒性。

针对实际系统中广泛存在不确定性,人们研究了诸如虚拟噪声补偿法、衰减记忆法等方法,这些方法都在一定程度上以牺牲滤波的最优性来换取鲁棒性,其估计值也是次优的。

近年来,范数设计方法被引入,它可以保证在不降低滤波鲁棒性的情况下,得到状态的最优估计。

4、初始对准的可观测性分析
卡尔曼滤波的稳定性取决于状态变量的可观性。

对于可观的状态变量,其滤波估计是收敛的,而对于不可观的状态变量,滤波估计是发散的对于静基座对准系统可观性较差,严重影响滤波器状态估计的收敛速度及估计精度,因此静基座条件下,通过可观测性分析去除不可观状态,采用次优卡尔曼滤波提高稳定性和快速性;动机座条件下,通过对载体各种运动情况下进行系统可观测性分析,得出何种运动情况可以保证系统可观测性最佳,从而使卡尔曼滤波达到最优。

从捷联惯导系统初始对准的研究现状来看,不论从哪一方面来说,研究的目的都是为了提高惯导系统初始对准的对准精度和缩短对准时间,从而有效提高武器的命中精度和快速反应能力,以增强战斗机、舰船的突防能力和生存能力。

近年来,随着误差模型算法的完善和解算方法的增多,捷联惯导系统的精度显著提高。

将来初始对准研究重点是在寻求显著提高对准精度同时缩短对准时间的手段,导出更有效的捷联惯导系统误差模型及初始对准算法,以提高对准精度。

同时解算算法也需要不断创新。

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