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一种纬度未知条件下捷联惯导抗扰动自对准算法

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中国惯性技术学报 2020年第3期28卷 330-337页

作者：李瑶王健张涛朱永云东南大学仪器科学与工程学院南京210096 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室南京210096

针对地理纬度未知且包含有角晃动干扰、高低频线运动干扰等复杂环境下,捷联惯导系统难以实现快速、高精度对准的问题,提出了一种纬度未知条件下的抗扰动自对准算法。通过设置滑动窗口,根据惯性坐标系下两个不同时刻的重力加速度矢量的... 详细信息

针对地理纬度未知且包含有角晃动干扰、高低频线运动干扰等复杂环境下,捷联惯导系统难以实现快速、高精度对准的问题,提出了一种纬度未知条件下的抗扰动自对准算法。通过设置滑动窗口,根据惯性坐标系下两个不同时刻的重力加速度矢量的夹角求取纬度信息,该算法充分利用实时的惯性仪表数据实现对纬度的估计。通过将初始对准问题转化为姿态确定的问题消除角晃动干扰的影响,利用惯性坐标系下重力加速度矢量和晃动干扰加速度的频率特点,引入小波阈值消噪和多项式优化的算法抑制线运动干扰的影响,从而提高惯导系统抗扰动自对准精度。仿真和车载半物理实验结果表明,该算法具有纬度自估计、隔离角晃动和线运动干扰的能力。在导航级惯性仪表参数下,可将实时估计的纬度的误差限制在0.1°左右,抗干扰自对准的航向角误差接近惯性器件误差决定的极限精度。

关键词：纬度未知抗干扰自对准滑动窗口小波阈值多项式优化

动态干扰条件下捷联惯导的纬度未知自对准方法研究

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动态干扰条件下捷联惯导的纬度未知自对准方法研究

作者：赵健北京工业大学

学位级别：硕士

初始对准技术是捷联惯性导航系统的重要技术之一,初始对准的精度和速度直接决定了捷联惯性导航系统的性能。目前,静基座对准的方法已经相对比较成熟,并成功应用于各类捷联惯导系统中。但是,在动态干扰环境下如何实现高精度的自对准,尤... 详细信息

初始对准技术是捷联惯性导航系统的重要技术之一,初始对准的精度和速度直接决定了捷联惯性导航系统的性能。目前,静基座对准的方法已经相对比较成熟,并成功应用于各类捷联惯导系统中。但是,在动态干扰环境下如何实现高精度的自对准,尤其是在水下、地下、树林、城市等复杂动态干扰环境中,无法利用GPS等设备获取纬度信息,而必须依靠惯性传感器自身的测量信息实时计算纬度信息并进一步自主完成初始对准,仍是捷联惯性导航系统亟待解决的关键问题。针对纬度未知的动态干扰条件下捷联惯导系统的自对准问题展开研究,利用重力加速度在惯性空间投影不变这一特性,实时计算出高精度的纬度信息并完成初始对准。本文的研究工作主要有以下几个方面:首先,提出了一种动态干扰环境下基于惯性坐标系的纬度实时计算方法。利用重力加速度在惯性坐标系投影不变的特点,构建几何解析公式求解一定精度的纬度信息。但是,直接采用重力加速度计算纬度信息,由于线振动等干扰可能导致计算出现较大误差,甚至可能出现纬度不可计算的问题。本文通过对重力加速度进行积分得到速度信息,使用积分平滑后的速度信息进行实现纬度计算,可以有效降低线振动干扰带来的误差,保证了纬度计算的精度和有效性,误差分析和实验结果证明了算法的有效性。在此基础上,利用惯性系重力加速度包含指北信息的特性,实现了捷联惯导系统的粗对准,仿真实验证明该方法可以在动态干扰条件下实现纬度未知的粗对准。其次,在完成粗对准的基础上,建立了纬度未知动态干扰条件下的精对准误差模型,并将线振动、杆臂干扰、纬度误差视归结为不确定干扰,采用基于新息的自适应滤波方法实现捷联惯性导航系统的自对准。一是针对模糊自适应滤波算法存在响应曲线不够平滑,可能导致数值突变引起误差的问题,从滤波器的最严格收敛判据出发,使用指数函数拟合代替模糊推理进行自适应调整,不仅提高了计算精度,而且避免了事先根据经验进行模糊化、模糊推理、解模糊等复杂过程,实验结果表明了算法的有效性。二是针对新息自适应算法实际协方差存在较大偏差的问题,引入了加权计算方法,从而降低较大偏差的新息在实际协方差中的比重,在保证新息自适应滤波算法性能的前提下,有效提高了系统的稳定性,实验结果证明改进后的自适应滤波算法有效实现了捷联惯导系统的纬度未知的自对准。最后,针对陀螺仪和加速度计等传感器的统计特性未知引起的精对准模型的噪声不确定,并可能导致精对准过程不稳定的问题,提出了一种同时估计量测噪声和过程噪声的自适应滤波算法。基于新息的自适应滤波算法的基本原理,通过引入计算新息的理论值与实际值之间的马氏距离作为判断新息误差并计算新息的加权,调整估计量测噪声和过程噪声中新息所占比例,降低了新息中较大误差的影响,提高了系统的鲁棒性。实验结果表明,这种新的自适应方法能够有效的解决动态干扰条件下捷联惯导系统的纬度未知自对准问题。

关键词：初始对准纬度未知惯性坐标系实时性自适应滤波

位置未知条件下惯性/星敏组合系统海上牵引启动方法

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中国惯性技术学报 2022年第3期30卷 316-321页

作者：郭正东赵汪洋刘伟李晓孙大开海军潜艇学院青岛266199 天津航海仪器研究所天津300131 北京控制工程研究所北京100190

针对地理位置未知条件下惯导系统海上启动对准实现问题,提出了基于锚泊条件的惯性/星敏组合导航系统位置未知条件下的海上牵引启动方法。建立了惯性/星敏信息的迭代滤波模型,研究了惯性/星敏牵引启动方法、分析了自主启动精度、提出了... 详细信息

针对地理位置未知条件下惯导系统海上启动对准实现问题,提出了基于锚泊条件的惯性/星敏组合导航系统位置未知条件下的海上牵引启动方法。建立了惯性/星敏信息的迭代滤波模型,研究了惯性/星敏牵引启动方法、分析了自主启动精度、提出了自主启动实现方案。通过惯性基准和星敏感器联合使用,惯性基准辅助星敏感器进行观星定位,观星定位数据对惯性基准平台反馈修正,基于惯性/星敏位置和姿态信息在牵引启动下的相互校准方式,组合系统经过多次迭代修正,构造高精度水平基准,完成惯性/星敏组合系统海上位置未知条件下纬度、经度自估计,实现船舶对准后的正常航行。实验结果表明,采用所提出的惯性/星敏组合系统牵引启动方法获得的经纬度自估计精度与星敏感器的测量精度相当。

关键词：惯性/星敏纬度未知海上对准纬度估计

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