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强跟踪CKF及其在惯导系统初始对准中的应用

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中国惯性技术学报 2017年第4期25卷 436-441页

作者：郭士荦许江宁李峰海军工程大学导航工程系武汉430033

容积卡尔曼滤波(CKF)是常用的惯性导航系统(INS)初始对准算法。针对在模型失配和观测噪声干扰情况下常规容积卡尔曼滤波出现精度下降甚至发散的问题,提出了一种自适应渐消滤波算法,引入多重渐消因子对预测误差协方差阵进行调整。设计了... 详细信息

容积卡尔曼滤波(CKF)是常用的惯性导航系统(INS)初始对准算法。针对在模型失配和观测噪声干扰情况下常规容积卡尔曼滤波出现精度下降甚至发散的问题,提出了一种自适应渐消滤波算法,引入多重渐消因子对预测误差协方差阵进行调整。设计了基于滤波残差序列统计特性的滤波状态x^2检验条件,检测滤波器故障并确定是否引入渐消因子,使渐消因子的引入时机更加合理,有效增强了算法的自适应性。仿真试验表明,新算法可以有效提高初始对准精度及鲁棒性。

关键词：容积卡尔曼滤波惯性导航系统初始对准自适应渐消滤波 x^2检验

卡尔曼滤波器异常自检及其在SINS初始对准中的应用

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 668-674页

作者：郭士荦王春雨李洋田鹏国防科技大学信息通信学院湖北武汉430019 空军航空大学航空作战勤务学院吉林长春130022 中国人民解放军93152部队吉林通化135300

卡尔曼滤波器是惯性导航系统初始对准和组合导航问题中的常用工具。针对滤波时系统噪声和观测噪声异常导致的滤波精度下降甚至发散问题,从理论上分析了基于新息协方差匹配和马氏距离卡方检验的两种滤波器异常检验判据,结合判据在传统卡... 详细信息

卡尔曼滤波器是惯性导航系统初始对准和组合导航问题中的常用工具。针对滤波时系统噪声和观测噪声异常导致的滤波精度下降甚至发散问题,从理论上分析了基于新息协方差匹配和马氏距离卡方检验的两种滤波器异常检验判据,结合判据在传统卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波中的典型应用,设计了针对捷联式惯性导航系统初始对准问题的测试实验,实验结果表明两种判据对滤波器系统噪声和观测噪声异常都有一定的检验能力,但检验判据严格程度存在不同且判据存在拖尾效应,由此给出了在实践应用中的建议。

关键词：惯性导航系统初始对准卡尔曼滤波异常检验

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捷联惯导系统极区水下动基座对准

仪器仪表学报 2018年第10期39卷 51-58页

作者：李京书郭士荦崔国恒陈重阳海军工程大学作战运筹与规划系武汉430033 海军工程大学导航工程系武汉430033

惯性导航系统正常工作前需进行初始对准,极区和水下环境中的动态对准是惯导系统初始对准的难点。通过惯性坐标系下的惯导系统误差模型进行卡尔曼滤波初始对准,避免了对准误差随纬度升高而发散的问题。在水下利用载体坐标系测速设备提供... 详细信息

惯性导航系统正常工作前需进行初始对准,极区和水下环境中的动态对准是惯导系统初始对准的难点。通过惯性坐标系下的惯导系统误差模型进行卡尔曼滤波初始对准,避免了对准误差随纬度升高而发散的问题。在水下利用载体坐标系测速设备提供速度参考,为卡尔曼滤波器提供速度误差观测量。在对准过程中,利用航位推算方法对载体位置进行实时更新,进一步提高了对准精度。通过跑车数据及仿真试验对算法进行验证,结果表明,所提算法可以有效实现惯导系统在极区水下环境中的动态初始对准。

关键词：惯性导航系统动态初始对准极区水下环境

自适应渐消卡尔曼滤波及其在SINS初始对准中的应用

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武汉大学学报（信息科学版） 2018年第11期43卷 1667-1672,1680页

作者：郭士荦吴苗许江宁李京书海军工程大学导航工程系

卡尔曼滤波常常被用于惯性导航系统初始对准算法,其使用前提是对系统状态进行建模,从而得到比较准确的系统噪声和观测噪声统计特性。在模型失配和观测噪声干扰的情况下,常规卡尔曼滤波会出现精度下降甚至发散,从而影响初始对准精度。针... 详细信息

卡尔曼滤波常常被用于惯性导航系统初始对准算法,其使用前提是对系统状态进行建模,从而得到比较准确的系统噪声和观测噪声统计特性。在模型失配和观测噪声干扰的情况下,常规卡尔曼滤波会出现精度下降甚至发散,从而影响初始对准精度。针对这一问题,提出了一种新型渐消卡尔曼滤波算法,引入了多重渐消因子对预测误差协方差阵进行调整,设计了基于新息向量统计特性的滤波状态χ^2检验条件,使渐消因子的引入时机更加合理,算法的自适应性得到增强。将改进的卡尔曼滤波算法应用到惯性导航系统的初始对准问题中,仿真试验和实测数据试验结果表明,与常规渐消因子滤波算法相比,新算法可以有效提高滤波精度及鲁棒性。

关键词：卡尔曼滤波惯性导航系统初始对准自适应渐消滤波滤波状态检验

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粒子群算法优化的捷联罗经初始对准方法

中国惯性技术学报 2017年第1期25卷 47-51,108页

作者：朱兵许江宁何泓洋郭士荦海军工程大学电气工程学院武汉430033

初始对准是惯导系统的关键技术,罗经法对准是实现捷联惯导系统初始对准的重要手段。罗经对准回路的参数选择直接影响对准结果的好坏。对于不同的捷联惯导系统,罗经回路的最优参数也是不同的。传统的方法是根据经验以及大量的反复试验确... 详细信息

初始对准是惯导系统的关键技术,罗经法对准是实现捷联惯导系统初始对准的重要手段。罗经对准回路的参数选择直接影响对准结果的好坏。对于不同的捷联惯导系统,罗经回路的最优参数也是不同的。传统的方法是根据经验以及大量的反复试验确定罗经对准参数,不能保证对准参数为最优。针对此问题,提出以水平罗经对准回路阻尼振荡周期T_(d1)和航向罗经对准回路阻尼振荡周期T_(d2)为寻优目标,用粒子群算法对参数(T_(d1),T_(d2))进行寻优的方法,以确定出满足条件的最优对准参数,从而提高捷联罗经初始对准的性能。实验结果表明:粒子群算法能够快速、准确地搜索出罗经对准回路的最优参数,提高捷联罗经对准的性能。将粒子群算法应用到捷联罗经初始对准中是有效的。

关键词：捷联惯导系统初始对准罗经法对准罗经参数粒子群算法

优化BP神经网络的光纤陀螺温度漂移建模与补偿

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中国惯性技术学报 2016年第1期24卷 93-97页

作者：郭士荦许江宁李峰何泓洋海军工程大学导航工程系武汉430033

光纤陀螺(FOG)温度漂移误差是影响其输出精度的主要误差源之一。针对基于传统BP神经网络FOG温度误差补偿方案适用性较差的问题,提出了优化预测数据的BP神经网络补偿算法,利用最优线性平滑技术以及滑动平均技术对神经网络待补偿数据进行... 详细信息

光纤陀螺(FOG)温度漂移误差是影响其输出精度的主要误差源之一。针对基于传统BP神经网络FOG温度误差补偿方案适用性较差的问题,提出了优化预测数据的BP神经网络补偿算法,利用最优线性平滑技术以及滑动平均技术对神经网络待补偿数据进行预处理,可以有效减小FOG输出白噪声对温度漂移网络模型补偿精度的干扰,优化神经网络模型的补偿效果。使用FOG温度漂移实测数据对所提出的优化算法进行验证,结果表明利用本文提出的两种建模及补偿方案进行补偿后的FOG温度漂移数据标准差相比传统BP神经网络补偿方法减少50%以上。

关键词：光纤陀螺温度漂移补偿方案 BP神经网络优化算法

鲁棒渐消CKF及其在SINS初始对准中的应用

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仪器仪表学报 2020年第4期41卷 95-101页

作者：郭士荦王春雨常丽敏周俊杰李洋空军航空大学仪表电气教研室长春130022 中国人民解放军95926部队长春130022

惯性导航系统正常工作前需进行初始对准,容积卡尔曼滤波(CKF)是常用的非线性初始对准算法。针对在滤波模型失准和非高斯观测噪声干扰情况下常规CKF出现精度下降甚至发散的问题,提出了鲁棒渐消CKF算法。引入多重渐消因子对观测噪声协方... 详细信息

惯性导航系统正常工作前需进行初始对准,容积卡尔曼滤波(CKF)是常用的非线性初始对准算法。针对在滤波模型失准和非高斯观测噪声干扰情况下常规CKF出现精度下降甚至发散的问题,提出了鲁棒渐消CKF算法。引入多重渐消因子对观测噪声协方差阵或状态预测协方差阵进行调整。设计了基于滤波残差序列统计特性的滤波状态卡方检验方法,检测滤波器状态并自主确定渐消因子的引入方式,使渐消因子的引入更加合理。试验结果表明,算法在系统建模失准及异常量测噪声的干扰下能够保持较强的鲁棒性和自适应性,其姿态失准角误差约为0.01°,航向失准角误差小于0.1°。

关键词：惯性导航系统非线性对准容积卡尔曼滤波渐消因子

强跟踪扩展卡尔曼滤波及其在捷联惯导初始对准中的应用

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海军工程大学学报 2019年第3期31卷 12-16,38页

作者：吴苗郭士荦许江宁海军工程大学电气工程学院

针对在模型失配和观测噪声干扰情况下常规滤波器出现精度下降甚至是发散的问题,提出了基于自适应多重渐消因子的改进方法,即通过计算新息序列协方差的估计值确定多重渐消因子,提高当前观测量对滤波器的修正作用。仿真及实测实验结果表明... 详细信息

针对在模型失配和观测噪声干扰情况下常规滤波器出现精度下降甚至是发散的问题,提出了基于自适应多重渐消因子的改进方法,即通过计算新息序列协方差的估计值确定多重渐消因子,提高当前观测量对滤波器的修正作用。仿真及实测实验结果表明:该算法可以有效抑制滤波发散,同时保证其快速收敛以及高精度估计。

关键词：捷联惯导系统初始对准扩展卡尔曼滤波多重渐消因子

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船用捷联式惯性导航仿真系统设计

科学技术与工程 2017年第25期17卷 317-322页

作者：程章许江宁郭士荦海军工程大学导航工程系武汉430033

针对船用捷联式惯性导航系统长时间工作后,精度明显下降,不能满足导航需求的问题,设计了一种模块化的船用捷联式惯性导航仿真系统;并进行了仿真研究。将船用捷联惯导设计为四个模块,分别为轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块、导航解算模... 详细信息

针对船用捷联式惯性导航系统长时间工作后,精度明显下降,不能满足导航需求的问题,设计了一种模块化的船用捷联式惯性导航仿真系统;并进行了仿真研究。将船用捷联惯导设计为四个模块,分别为轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块、导航解算模块和误差分析模块。利用建立的模型,仿真分析捷联式惯性导航系统姿态角、速度和位置误差的主要特性,研究天向速度的发散对东向和北向速度误差的影响,探究初始对准误差对导航精度的影响。结果表明,仿真系统可以很好地模拟舰船捷联式惯性导航系统的初始对准和导航过程;天向速度的发散和初始对准的精度都会直接影响导航精度。因此,在舰船长时间航行时,必须提高初始对准精度且引入阻尼系统,以减小船用捷联式惯性导航系统的导航误差。

关键词：捷联式惯性导航系统仿真导航算法卡尔曼滤波