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弹载SINS四元数模约束下滤波空中对准

宇航学报 2016年第9期37卷 1107-1113页

作者：梅春波秦永元西北工业大学自动化学院西安710129

针对弹载SINS/GPS系统的空中对准,提出一种四元数模约束条件下的非线性滤波初始对准算法。首先,利用坐标变换和四元数姿态描述,将传统的强非线性滤波对准问题转化为一个二阶弱非线性滤波问题;其次,采用二阶扩展卡尔曼滤波(EKF)对二阶非... 详细信息

针对弹载SINS/GPS系统的空中对准,提出一种四元数模约束条件下的非线性滤波初始对准算法。首先,利用坐标变换和四元数姿态描述,将传统的强非线性滤波对准问题转化为一个二阶弱非线性滤波问题;其次,采用二阶扩展卡尔曼滤波(EKF)对二阶非线性部分进行处理,得到一种简洁的滤波对准方案;最后,推导了四元数模约束条件下滤波算法的最优实现,及反馈四元数估计结果时的闭环滤波形式。利用车载MEMS IMU/GPS系统,进行了初始对准的地面试验,结果表明,在车辆弱机动条件下,对准算法能够实现姿态和惯性器件误差的快速估计,实现惯导系统的对准。

关键词：空中对准模值约束准线性滤波二阶扩展卡尔曼滤波

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全导式多弹头分导子系统初始对准算法研究

西北工业大学学报 2014年第4期32卷 651-657页

作者：梅春波秦永元游金川西北工业大学自动化学院陕西西安710072

提出了一种适用于全导式多弹头分导系统的初始对准算法。以MEMS IMU/GPS组合作为子弹头制导系统,对准算法分3部分,由陀螺仪积分描述弹体系在惯性空间姿态变化;由GPS位置信息描述导航系在惯性空间姿态变化;采用2级减速方案及Quest算法确... 详细信息

提出了一种适用于全导式多弹头分导系统的初始对准算法。以MEMS IMU/GPS组合作为子弹头制导系统,对准算法分3部分,由陀螺仪积分描述弹体系在惯性空间姿态变化;由GPS位置信息描述导航系在惯性空间姿态变化;采用2级减速方案及Quest算法确定载体系及导航系在对准开始时刻的相对姿态。分析了器件误差、弹体俯仰角初值、弹体机动方式及强度对对准结果的影响。Monte Carlo仿真表明,采用10°/h陀螺和0.1 m/s GPS组合时,在弹头2级减速机动下,20 s内水平误差小于0.12°(1σ),方位误差小于0.4°(1σ),完全满足分导系统初始对准精度要求,为工程应用提供了有益参考。

关键词：空中对准全导式多弹头分导系统 MEMS IMU GPS,Quest

SINS基于非线性量测的大失准角初始对准算法

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宇航学报 2016年第3期37卷 291-297页

作者：梅春波秦永元游金川西北工业大学自动化学院西安710129 中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621900

针对陆用捷联惯导系统(SINS)大失准角初始对准问题,提出一种基于二阶非线性量测的二阶泰勒级数展开的初始对准算法。首先,将大失准角非线性对准问题,转化为具有线性系统方程和二阶非线性量测方程的滤波问题。然后,设计基于二阶非线性量... 详细信息

针对陆用捷联惯导系统(SINS)大失准角初始对准问题,提出一种基于二阶非线性量测的二阶泰勒级数展开的初始对准算法。首先,将大失准角非线性对准问题,转化为具有线性系统方程和二阶非线性量测方程的滤波问题。然后,设计基于二阶非线性量测方程的二阶泰勒级数展开的滤波算法,可以在任意姿态和无初值条件下进行初始对准和参数估计。最后进行车载对准试验,结果表明,新算法可以在300 s内完成实现大失准角初始对准,对准精度与传统分段对准算法相当。

关键词：大失准角初始对准泰勒级数展开卡尔曼滤波

制导炮弹捷联惯导基于GPS的飞行中对准算法(英文)

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中国惯性技术学报 2014年第1期12卷 51-57页

作者：梅春波秦永元游金川西北工业大学自动化学院西安710129

提出了一种适用于制导炮弹上低精度MEMS IMU/GPS组合系统的飞行中初始对准算法。通过引入辅助的载体惯性系和导航惯性系,将所求姿态四元数分解为三部分:第一部分描述载体系相对于载体惯性系的姿态,由MEMS陀螺仪输出积分求解;第二部分描... 详细信息

提出了一种适用于制导炮弹上低精度MEMS IMU/GPS组合系统的飞行中初始对准算法。通过引入辅助的载体惯性系和导航惯性系,将所求姿态四元数分解为三部分:第一部分描述载体系相对于载体惯性系的姿态,由MEMS陀螺仪输出积分求解;第二部分描述导航系相对于导航惯性系的姿态,利用GPS位置输出解析求解;第三部分描述两辅助惯性系的相对姿态,采用Re-quest算法完成解算。详细讨论了算法误差、有效性条件,并对Re-quest算法进行了优化和简化。蒙特卡洛仿真结果表明,在弹体加速度以指数规律变化条件下,对准算法可以在10 s时间内达到水平误差小于0.2°(1?)、航向误差小于0.4°(1σ)的精度,完全满足制导炮弹组合系统初始对准的精度要求。

关键词：空中对准 MEMS IMU GPS Re-quest 误差分析充分条件

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捷联惯性系粗对准误差及数值问题分析

中国惯性技术学报 2010年第6期18卷 648-652页

作者：秦永元梅春波白亮西北工业大学自动化学院西安710129

针对捷联惯导系统惯性系粗对准算法的对准误差进行了详细地分析。首先,依据惯性器件输出模型和粗对准算法模型,经过严格数学推导,得到了对准误差的解析表达式。其次,从求解矩阵方程的角度考察粗对准过程,得出对准过程等效于病态方程组... 详细信息

针对捷联惯导系统惯性系粗对准算法的对准误差进行了详细地分析。首先,依据惯性器件输出模型和粗对准算法模型,经过严格数学推导,得到了对准误差的解析表达式。其次,从求解矩阵方程的角度考察粗对准过程,得出对准过程等效于病态方程组的求解问题。理论分析表明,一方面惯性系粗对准算法的理论对准精度取决于惯性器件的精度,另一方面,对准误差上限取决于具体的算法和量测相对误差。在此基础上,进行了简单而有效的计算机仿真,结果与理论分析及工程经验吻合。

关键词：捷联惯导粗对准对准误差病态方程

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基于罗德里格参数的线性最优估计自对准

中国惯性技术学报 2015年第3期23卷 298-302页

作者：梅春波秦永元杨鹏翔西北工业大学自动化学院西安710129 西安现代控制技术研究所西安710111

针对车载捷联惯导系统怠速条件下的初始对准问题,提出了一种基于罗德里格参数的线性最优估计自对准算法。利用姿态阵分解和凯莱变换,将任意姿态下的无初值初始对准问题简化为罗德里格参数的无约束线性最优估计问题。讨论了算法的有效性... 详细信息

针对车载捷联惯导系统怠速条件下的初始对准问题,提出了一种基于罗德里格参数的线性最优估计自对准算法。利用姿态阵分解和凯莱变换,将任意姿态下的无初值初始对准问题简化为罗德里格参数的无约束线性最优估计问题。讨论了算法的有效性,推导了算法的对准误差公式,并设计了一种简洁的工程实现方案。利用车载捷联惯导系统进行了四位置对准试验,每个位置对准六次,结果表明,在发动机振动及外界随机扰动下,新算法可以在5 min内完成对准,统计方位均方差(1σ)不超过3′。

关键词：初始对准罗德里格参数凯莱变换线性最优估计

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空中对准方案的误差分配分析方法(英文)

中国惯性技术学报 2015年第5期23卷 570-574页

作者：翁浚秦永元严恭敏梅春波西北工业大学自动化学院西安710129

舰载机进行紧急作战任务时,可能会先快速起飞,然后再进行空中对准。为了保证对准结束进入惯性导航模式后,惯导系统能够达到一定精度指标,对准结束时刻的姿态信息需要达到一定的精度要求。空中对准过程一般可分为粗对准和精对准两部分,... 详细信息

舰载机进行紧急作战任务时,可能会先快速起飞,然后再进行空中对准。为了保证对准结束进入惯性导航模式后,惯导系统能够达到一定精度指标,对准结束时刻的姿态信息需要达到一定的精度要求。空中对准过程一般可分为粗对准和精对准两部分,对准结束时刻的姿态精度由粗对准结束时刻的导航误差、惯性器件误差、重力场模型误差和对准过程中的飞行机动等多个因素决定。首先利用设计的协方差分析方法,对两种不同空中对准方案进行误差分配,并通过Monte-Carlo仿真技术对误差分配结果进行了验证。仿真结果说明了提出的误差分析方法是正确的,为空中对准方案的改进方向提供了借鉴作用。

关键词：空中对准误差分配协方差分析蒙特卡洛仿真

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快速传递对准中机翼弹性变形估计方法比较

中国惯性技术学报 2014年第1期12卷 38-44页

作者：李四海王珏刘镇波梅春波西北工业大学自动化学院西安710129

传递对准是机载主惯导对子惯导进行初始化的过程,机翼变形对快速传递对准滤波精度有显著影响。讨论了传递对准中机翼变形的不同估计方法,通过分析建模过程比较了各种方法的特点及其适用范围。然后建立快速传递对准仿真环境,用"速度加姿... 详细信息

传递对准是机载主惯导对子惯导进行初始化的过程,机翼变形对快速传递对准滤波精度有显著影响。讨论了传递对准中机翼变形的不同估计方法,通过分析建模过程比较了各种方法的特点及其适用范围。然后建立快速传递对准仿真环境,用"速度加姿态"匹配方式进行仿真,比较了不同方法所能达到的精度。最终从对准精度、快速性、模型依赖度、计算量等方面,对各种传递对准中机翼弹性变形的处理方法进行了比较总结,结果表明,将弹性变形当作有色噪声且使用卡尔曼滤波量测扩增法进行传递对准滤波器设计时,在估计精度和计算量方面达到最好折衷。所得结论为快速传递对准弹性变形的处理提供了工程应用参考。

关键词：传递对准变形建模卡尔曼滤波有色噪声

基于多项式拟合的抗扰动纬度估计和粗对准方法

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中国惯性技术学报 2020年第4期28卷 429-432页

作者：杨鹏翔梅春波刘琴卢宝峰西安现代控制技术研究所西安710068

针对纬度未知条件下捷联惯导系统(SINS)扰动基座下初始对准问题,提出了基于惯性系比力积分及多项式拟合的纬度估计与粗对准算法。首先,基于惯性系和姿态阵链式分解,隔离角晃动;其次,通过比力积分,平滑高频线运动干扰和加速度计噪声;最后... 详细信息

针对纬度未知条件下捷联惯导系统(SINS)扰动基座下初始对准问题,提出了基于惯性系比力积分及多项式拟合的纬度估计与粗对准算法。首先,基于惯性系和姿态阵链式分解,隔离角晃动;其次,通过比力积分,平滑高频线运动干扰和加速度计噪声;最后,对比力积分进行以时间为自变量的三次多项式拟合,进一步抑制线运动干扰,同时根据拟合参数实现纬度估计和粗对准。转台摇摆对准实验结果表明,高精度光纤捷联惯导系统采用该算法可以在1 min内实现纬度估计和粗对准,纬度估计精度优于0.2°(RMS),以静基座对准后姿态保持结果作为摇摆状态姿态参考时,水平姿态角相对偏差小于0.001°(RMS),航向角相对偏差不大于0.07°(RMS),可满足粗对准工程应用的快速性和精度要求。

关键词：纬度未知扰动基座纬度估计粗对准