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基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算 被引量：173
1
作者 张荣辉 贾宏光 +1 位作者 陈涛 张跃 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1963-1970,共8页
载体的姿态解算算法是实现捷联式惯性导航系统精确导航的核心技术之一。分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,采用四元数法与方向余弦法两种解算方法分别计算载体姿态,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到... 载体的姿态解算算法是实现捷联式惯性导航系统精确导航的核心技术之一。分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,采用四元数法与方向余弦法两种解算方法分别计算载体姿态,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到解算的相对误差,从而验证了四元数法的正确性和有效性。最后,指出提高采样频率和采用高阶计算算法能进一步减小姿态解算误差。数字化仿真与转台试验结果表明,本文提出的载体姿态解算法的理论数值相对误差为10-10%,测试实验相对误差为10-3%,计算时间为36μs,具有良好的实时性。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 姿态解算 四元数法 飞行导航控制技术
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简化UKF滤波在SINS大失准角初始对准中的应用 被引量：104
2
作者 严恭敏 严卫生 徐德民 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第3期253-264,共12页
基于欧拉平台误差角的概念提出了大失准角误差条件下的捷联惯导系统(SINS)非线性初始对准误差模型,该模型无法再用经典的加性噪声模型描述。为了降低滤波计算量,在系统模型噪声和量测噪声均为复杂加性噪声并且量测方程是线性方程时,推... 基于欧拉平台误差角的概念提出了大失准角误差条件下的捷联惯导系统(SINS)非线性初始对准误差模型,该模型无法再用经典的加性噪声模型描述。为了降低滤波计算量,在系统模型噪声和量测噪声均为复杂加性噪声并且量测方程是线性方程时,推导了简化的UKF(unscented Kalman filter)滤波方法,简化UKF滤波公式显示:除通过非线性状态方程使用UT(unscented transformation)变换进行状态及其方差预测外,其它滤波步骤与标准Kalman滤波完全相同。最后,对静基座下SINS初始对准进行了仿真试验,结果表明大失准角条件下的SINS误差模型和简化UKF滤波估计方法是有效的。 展开更多
关键词 UKF滤波 捷联惯导系统 初始对准 大失准角 仿真
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旋转式光学陀螺捷联惯导系统的旋转方案设计 被引量：68
3
作者 翁海娜 陆全聪 +2 位作者 黄昆 张宇飞 杨功流 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期8-14,共7页
在光学陀螺捷联式惯性系统中,利用系统旋转补偿技术可对陀螺组件和加速度计组件的输出误差进行调制,从而抑制系统的误差发散,提高导航精度。通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程,解释了旋转误差补偿的机理。针... 在光学陀螺捷联式惯性系统中,利用系统旋转补偿技术可对陀螺组件和加速度计组件的输出误差进行调制,从而抑制系统的误差发散,提高导航精度。通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程,解释了旋转误差补偿的机理。针对惯性测量组件输出误差的特性,设计单轴正反转停和双轴转位的系统旋转方案。在摇摆状态下分别对无旋转、单轴和双轴三种方案进行长时间导航仿真,对旋转补偿误差的能力进行了比较。结果表明:旋转能够抑制长期的定位误差发散,在角运动状态下旋转系统能比无旋转系统保持更好的姿态精度。 展开更多
关键词 旋转 光学陀螺 误差补偿 捷联惯导系统 惯性测量组件
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惯性导航技术的发展及其应用 被引量：35
4
作者 周徐昌 沈建森 《兵工自动化》 2006年第9期55-56,59,共3页
惯性导航技术,通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息,经积分运算得到载体的速度和位置信息。包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯导系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯导... 惯性导航技术,通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息,经积分运算得到载体的速度和位置信息。包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯导系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯导系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵,把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。该技术的发展和应用趋势,以惯性导航和GPS卫星导航的组合导航最为典型。 展开更多
关键词 惯性导航 平台式惯导系统 捷联惯导系统 组合导航
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小波分析在光纤陀螺信号滤波中的应用研究 被引量：30
5
作者 缪玲娟 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期42-46,共5页
介绍了小波分析的理论及小波变换快速算法 ,给出了光纤陀螺漂移的数学模型 ,阐明了小波分析在陀螺信号滤波中的应用方法 ,并通过实验证明了该方法的有效性 ,为消除陀螺漂移及基座动态干扰提供了一个新的途径。
关键词 小波分析 光纤陀螺 信号滤波 捷联惯导系统
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传统组合导航中的实用Kalman滤波技术评述 被引量：48
6
作者 严恭敏 邓瑀 《导航定位与授时》 2020年第2期50-64,共15页
在随机线性系统建模准确的情况下,Kalman滤波是线性最小方差无偏估计。针对传统惯导/卫导组合导航的实际应用,难以精确建模,给出了常用的建模方法、状态量选取原则、离散化方法及滤波快速计算方法。讨论了平方根滤波、自适应滤波、联邦... 在随机线性系统建模准确的情况下,Kalman滤波是线性最小方差无偏估计。针对传统惯导/卫导组合导航的实际应用,难以精确建模,给出了常用的建模方法、状态量选取原则、离散化方法及滤波快速计算方法。讨论了平方根滤波、自适应滤波、联邦滤波和非线性滤波等技术的适用场合,并给出了使用建议。针对前人研究可观测度中未考虑随机系统噪声的缺陷,提出了更加合理的以初始状态均方误差阵为参考的可观测度定义和分析方法。提出了均方误差阵边界限制方法,可有效抑制滤波器的过度收敛和滤波发散。该讨论可为工程技术人员提供一些有实用价值的参考。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 组合导航 KALMAN滤波 评述
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激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定 被引量：33
7
作者 林玉荣 邓正隆 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期112-115,共4页
为评估激光陀螺SINS的性能 ,需对系统中的惯性器件误差 ,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等 ,进行系统级标定 .提出了卡尔曼滤波校准法 ,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差 .其实现过... 为评估激光陀螺SINS的性能 ,需对系统中的惯性器件误差 ,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等 ,进行系统级标定 .提出了卡尔曼滤波校准法 ,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差 .其实现过程包括两步 :首先 ,基于降阶处理思想 ,利用SINS的静基座测试数据 ,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量 ;第二步 ,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果 ,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算 ,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值 .卡尔曼滤波校准法的方法比较简单 ,测试易于实现 ,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可 .另外 ,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点 .卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证 . 展开更多
关键词 激光陀螺 捷联惯导系统 随机漂移误差 惯性器件 标定
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基于DSP的主从式紧耦合捷联导航计算机 被引量：21
8
作者 李宏生 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2001年第3期34-38,共5页
为了减小捷联系统的体积、重量和功耗 ,研制了一种主从式紧耦合双处理器结构的导航计算机。以数字信号处理器 ( DSP)作导航算法处理机 ,以单片微控制器作 I/ O接口处理机 ,二者以互中断高速并行接口相联 ,软件采用主从流水线协议。双机... 为了减小捷联系统的体积、重量和功耗 ,研制了一种主从式紧耦合双处理器结构的导航计算机。以数字信号处理器 ( DSP)作导航算法处理机 ,以单片微控制器作 I/ O接口处理机 ,二者以互中断高速并行接口相联 ,软件采用主从流水线协议。双机协同流畅 ,处理速度快 ,满足了一些捷联系统对导航计算机在数据吞吐和处理能力以及体积、重量。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 导航计算机 主机接口 DSP 数字信号处理器 紧耦合 单片微控制器 主从流水线协议
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基于CKF的SINS大方位失准角初始对准 被引量：41
9
作者 孙枫 唐李军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期327-333,共7页
大方位失准角捷联惯导系统(strapdown inertial narigation system,SINS)误差方程是非线性的,为改善非线性模型下初始对准的精度,提出将一种新的非线性滤波方法(cubature Kalman filter,CKF)应用于捷联惯导系统初始对准中。为此建立了... 大方位失准角捷联惯导系统(strapdown inertial narigation system,SINS)误差方程是非线性的,为改善非线性模型下初始对准的精度,提出将一种新的非线性滤波方法(cubature Kalman filter,CKF)应用于捷联惯导系统初始对准中。为此建立了大方位失准角下初始对准非线性模型,分析了基于spherical-radial cubature准则的CKF滤波原理,对非线性模型进行了CKF滤波仿真。仿真结果表明CKF能够很好地处理初始对准中的非线性问题,提高初始对准精度,方位失准角误差能够收敛到-33.13',接近理论估计精度-32.40',优于EKF的-84.14'。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 初始对准 大方位失准角 cubature卡尔曼滤波
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基于IMU旋转的捷联惯导系统自补偿方法 被引量：41
10
作者 孙枫 孙伟 郭真 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期2511-2517,共7页
为了有效地抑制惯性器件常值偏差对惯导系统导航精度的影响,提出了基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的自动补偿方法。由于旋转的引入,IMU中陀螺仪和加速度计的常值偏差被调制成正弦信号,通过积分运算可以有效地消... 为了有效地抑制惯性器件常值偏差对惯导系统导航精度的影响,提出了基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的自动补偿方法。由于旋转的引入,IMU中陀螺仪和加速度计的常值偏差被调制成正弦信号,通过积分运算可以有效地消除常值偏差对惯导系统导航精度的影响。在分析单、双轴旋转补偿原理的基础上,提出一种改进的单轴旋转调制方法并对该方法进行了理论证明和实验分析。与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明该方案可以消除所有方向上惯性器件常值偏差的影响,有效地提高系统的定位精度。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 惯性测量单元 自动补偿 旋转调制 常值偏差
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外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析 被引量：35
11
作者 杨晓霞 黄一 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第6期657-664,共8页
为了适应惯导系统的长期稳定使用和避免从机组上拆装的麻烦,实现惯组的外场标定是非常有意义的。在不依赖转台等设备的条件下,分析了仅依靠速度误差和位置误差信息时激光陀螺捷联惯组的误差参数的可观测性问题。首先从外场条件下系统误... 为了适应惯导系统的长期稳定使用和避免从机组上拆装的麻烦,实现惯组的外场标定是非常有意义的。在不依赖转台等设备的条件下,分析了仅依靠速度误差和位置误差信息时激光陀螺捷联惯组的误差参数的可观测性问题。首先从外场条件下系统误差的动态方程出发分析了捷联惯组的误差状态(姿态误差以及陀螺和加速度计的六个常值漂移)的可观测性并且进一步分析了误差状态估计的收敛速度以及受观测噪声的影响程度。分析表明,单一位置条件下在没有精确初始姿态误差信息的情况下惯性仪表零偏是不可观测的,为了较精确地估计出惯组的误差系数需至少将惯组摆放三个位置。最后对理论分析结果进行了仿真验证。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 外场标定 可观测性 收敛速度
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捷联惯导姿态算法若干问题的研究 被引量：11
12
作者 张士邈 刘放 秦永元 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2002年第2期1-6,共6页
研究了捷联系统姿态更新的等效旋动矢量算法,并以锥运动为条件,对等效旋动矢量算法进行了优化。此外还对四元数、旋动矢量及其优化算法进行了仿真比较,仿真结果表明:等效转动矢量算法的精度明显优于四元数算法,且等效转动矢量的采样频... 研究了捷联系统姿态更新的等效旋动矢量算法,并以锥运动为条件,对等效旋动矢量算法进行了优化。此外还对四元数、旋动矢量及其优化算法进行了仿真比较,仿真结果表明:等效转动矢量算法的精度明显优于四元数算法,且等效转动矢量的采样频率越高,姿态更新算法的精度就越高。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 锥运动 四元数 等效旋动矢量 仿真比较 采样频率 姿态更新算法
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基于惯性参考系的动基座初始对准与定位导航 被引量：36
13
作者 严恭敏 翁浚 +1 位作者 白亮 秦永元 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期618-621,共4页
以惯性坐标系作为捷联惯导解算参考基准并综合外测速度辅助信息,可有效隔离载体角运动和线运动干扰的影响,实现捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)动基座初始对准。但现有算法的对准精度受载体位移影响,通过位移... 以惯性坐标系作为捷联惯导解算参考基准并综合外测速度辅助信息,可有效隔离载体角运动和线运动干扰的影响,实现捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)动基座初始对准。但现有算法的对准精度受载体位移影响,通过位移补偿降低重力矢量在惯性系投影的偏斜误差,同时给出了基于惯性参考基准的SINS定位方法,提高SINS动基座初始对准精度,并且具备对准过程中进行实时定位导航的能力。车载实测数据分析表明,动基座方位对准精度达到0.032°,相对定位精度约为行程的0.15%。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 动基座初始对准 惯性参考系 车载试验
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环形激光陀螺的最新发展 被引量：25
14
作者 曾庆化 刘建业 +1 位作者 赖际舟 熊智 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2004年第11期1-4,共4页
环形激光陀螺是当前高精度捷联惯导系统中最重要的设备之一,它在军用领域和商用领域获得了广泛的应用。近几年,和环形激光陀螺相关的进展主要可以概况为三个方面:激光陀螺研制技术的进步;对激光陀螺系统研究方法的深入和激光陀螺应用领... 环形激光陀螺是当前高精度捷联惯导系统中最重要的设备之一,它在军用领域和商用领域获得了广泛的应用。近几年,和环形激光陀螺相关的进展主要可以概况为三个方面:激光陀螺研制技术的进步;对激光陀螺系统研究方法的深入和激光陀螺应用领域的扩展。激光陀螺发展的最新动态,对国内激光陀螺工业有重要的参考价值,将有助于提高我国环形激光陀螺技术水平。 展开更多
关键词 环形激光陀螺 捷联惯导系统 军用 应用领域 最新发展 工业 概况 国内 参考价值 中国
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捷联惯性测量组件中内杆臂效应分析与补偿 被引量：33
15
作者 严恭敏 严卫生 徐德民 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第2期148-153,共6页
在实际捷联惯性测量组件(SIMU)中,三个加速度计本质上测量的是SIMU上三个不同点处的加速度,如果把这些加速度当作来自于理想"点测量组件"的输出进行惯性导航解算,会从原理上引起导航误差,即内杆臂效应误差。假设SIMU中三个加... 在实际捷联惯性测量组件(SIMU)中,三个加速度计本质上测量的是SIMU上三个不同点处的加速度,如果把这些加速度当作来自于理想"点测量组件"的输出进行惯性导航解算,会从原理上引起导航误差,即内杆臂效应误差。假设SIMU中三个加速度计敏感轴互相垂直并且相交于一点,在SIMU绕某个固定坐标轴作角振动的条件下,分析了内杆臂效应的产生机理,得出内杆臂效应引起导航速度误差的规律:速度误差与角振动中心位置无关,与加速度计敏感点至交点的杆臂长度成正比,也与角振动频率成正比。提出内杆臂效应补偿的方法是将加速度计敏感点处的加速度测量值折算至它们的敏感轴交点上。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 SIMU 加速度计 杆臂效应 划船运动误差
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捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真 被引量：27
16
作者 严恭敏 秦永元 《计算机仿真》 CSCD 2006年第10期36-40,60,共6页
在利用卡尔曼滤波器对捷联惯导系统(SINS)进行静基座初始对准中,由于系统的不完全可观测性,使得有些状态没有滤波效果,有些状态的估计精度受到限制。对SINS静基座初始对准卡尔曼滤波方程进行了可观测性分析,提出了状态降阶的处理方法,... 在利用卡尔曼滤波器对捷联惯导系统(SINS)进行静基座初始对准中,由于系统的不完全可观测性,使得有些状态没有滤波效果,有些状态的估计精度受到限制。对SINS静基座初始对准卡尔曼滤波方程进行了可观测性分析,提出了状态降阶的处理方法,并得到了各状态估计的极限精度公式。最后进行了软件仿真,仿真结果表明:降阶滤波器和全降阶滤波器的估计精度基本相同,但是前者计算量更小,并且在滤波计算中能够消除不可观测状态的不利影响。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 初始对准 卡尔曼滤波 可观测性 仿真
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可观测度的探讨及其在捷联惯导系统可观测性分析中的应用 被引量：33
17
作者 杨晓霞 阴玉梅 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期405-409,共5页
可观测度是为了分析线性系统中组合状态的可观测程度而提出来的,在卡尔曼滤波的滤波效果分析中得到了应用。文中先对已有的两种可观测度分析方法进行了简述,并且分析了两种方法的等价性;然后从理论上分析了此描述方法的不全面性。通过... 可观测度是为了分析线性系统中组合状态的可观测程度而提出来的,在卡尔曼滤波的滤波效果分析中得到了应用。文中先对已有的两种可观测度分析方法进行了简述,并且分析了两种方法的等价性;然后从理论上分析了此描述方法的不全面性。通过典型例子说明了理论分析的结果,给出了一种更全面的描述系统可观测组合状态可观测度的方法,并且用新的描述方式分析了捷联惯导系统的各状态可观测度。结果表明,该数值刻画方式能够定量的给出系统状态可观测的程度,是解析分析方法的很好的补充。 展开更多
关键词 可观测度 捷联惯导系统 可观测组合状态 特征值 特征向量
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捷联惯导系统的空中标定方法 被引量：32
18
作者 陆志东 王磊 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第2期136-138,共3页
从工程实用和维护的角度出发,提出了一种针对机载捷联式系统的空中标定方法。该方法依据捷联惯导系统级标定的基本原理,使用卡尔曼滤波作为估计手段,惯性器件常值漂移、刻度系数误差及惯导系统基本误差项作为状态量,依据外部GPS信息作... 从工程实用和维护的角度出发,提出了一种针对机载捷联式系统的空中标定方法。该方法依据捷联惯导系统级标定的基本原理,使用卡尔曼滤波作为估计手段,惯性器件常值漂移、刻度系数误差及惯导系统基本误差项作为状态量,依据外部GPS信息作为观测基准,通过设定的飞行机动动作对各待标定误差项进行激励。仿真卡尔曼滤波结果表明,依据飞机实际运动过程设计的简单飞行轨迹即可以实现对所有误差项的有效激励,各误差项随飞行过程进行逐步收敛。这种系统级空中标定方法不需要飞机作特殊的机动动作,在实际工程中易于实现,且经过一个架次的飞行就可以对惯导系统进行一次标定补偿。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 空中标定 卡尔曼滤波 误差激励
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一种有效的空—空导弹捷联惯导系统快速精确传递对准方法 被引量：27
19
作者 林敏敏 房建成 高国江 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2001年第3期24-28,47,共6页
针对空—空导弹对于对准精度与速度的特殊要求 ,建立了动基座姿态角传递对准的卡尔曼滤波模型 ,详细及准确地推导了姿态角匹配方案中卡尔曼滤波器的量测方程 ,提出了一种有效的空空导弹捷联惯导系统快速精确传递对准方法。通过计算机仿... 针对空—空导弹对于对准精度与速度的特殊要求 ,建立了动基座姿态角传递对准的卡尔曼滤波模型 ,详细及准确地推导了姿态角匹配方案中卡尔曼滤波器的量测方程 ,提出了一种有效的空空导弹捷联惯导系统快速精确传递对准方法。通过计算机仿真 ,验证了该方法的快速性和有效性。最后 ,采用分级标定的思路 ,实现了在飞机摇摆机翼情况下 ,对惯性器件误差的准确标定。 展开更多
关键词 姿态角对准 传递对准 空-空导弹 捷联惯导系统 卡尔曼滤波模型 匹配方案 量测方程 计算机仿真 分级标定
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捷联惯导系统罗经法自对准 被引量：27
20
作者 李瑶 徐晓苏 吴炳祥 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第4期386-389,共4页
研究了摇摆状态下捷联惯导系统罗经法自对准技术,设计了水平、方位精对准参数以及基于MATLAB/SIMULINK的参数分析系统,最后进行了基于VC++6.0的捷联惯导系统罗经法自对准的软件设计、仿真分析与精度评估。仿真结果表明,罗经法自对准在... 研究了摇摆状态下捷联惯导系统罗经法自对准技术,设计了水平、方位精对准参数以及基于MATLAB/SIMULINK的参数分析系统,最后进行了基于VC++6.0的捷联惯导系统罗经法自对准的软件设计、仿真分析与精度评估。仿真结果表明,罗经法自对准在不同海情、不同初始姿态误差角、全方位、带量化误差的条件下均具有较高的对准精度、较好的快速性和动态品质,能够满足捷联惯导系统在摇摆基座下实现自对准的要求,同时为下一步的工程应用提供了依据。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 罗经效应 自对准 参数分析系统 精度评估
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