摇摆基座上基于信息的捷联惯导粗对准研究 被引量：131

1

作者 秦永元 严恭敏 +1 位作者 顾冬晴 郑吉兵 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期681-684,共4页

舰船的摇摆使陀螺无法测出地球自转角速度,无法根据陀螺和加速度计的输出直接计算出姿态阵。针对这一问题,提出了基于重力加速度的粗对准算法。该算法中,姿态阵分散成4个矩阵求取,所利用的信息为:摇摆基座姿态变化信息;重力加速度相对... 舰船的摇摆使陀螺无法测出地球自转角速度,无法根据陀螺和加速度计的输出直接计算出姿态阵。针对这一问题,提出了基于重力加速度的粗对准算法。该算法中,姿态阵分散成4个矩阵求取,所利用的信息为:摇摆基座姿态变化信息;重力加速度相对惯性空间随地球旋转引起的方向变化信息;地球自转信息;地理信息。算法的巧妙之处是应用惯性凝固假设,建立了基座惯性坐标系ib0,使舰体相对ib0坐标系的姿态阵初值成为单位阵,从而使姿态更新解算成为可能。仿真结果表明,在舰船横摇、纵摇、艏摇幅值分别为10°、7°和5°,周期分别为6 s、5 s和7 s,横荡、纵荡、垂荡幅值分别为0.02 m、0.03 m和0.3 m,周期分别为7 s、6 s和8 s的环境下,由50个样本确定的东、北、天向失准角的均值分别为2.01′-、1.38′和-0.20,°相对的标准差为0.26′、0.21′和1.3,°在此基础上完全可以实现精对准。 展开更多

关键词 摇摆基座 捷联惯导 粗对准 重力加速度

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基于双矢量定姿的摇摆基座粗对准算法分析与实验 被引量：23

2

作者 赵长山 秦永元 白亮 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期436-440,共5页

通过分析将捷联惯导解析粗对准归纳为双矢量定姿问题。根据定姿算法中参考矢量构造方式的区别将解析粗对准算法分为传统算法和摇摆基座算法。研究了传统算法参考矢量构建过程,指出其不适用于摇摆基座环境。在双矢量定姿框架下推导了基... 通过分析将捷联惯导解析粗对准归纳为双矢量定姿问题。根据定姿算法中参考矢量构造方式的区别将解析粗对准算法分为传统算法和摇摆基座算法。研究了传统算法参考矢量构建过程,指出其不适用于摇摆基座环境。在双矢量定姿框架下推导了基于惯性空间重力积分矢量的摇摆基座算法。并通过摇摆台试验验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 双矢量定姿 摇摆基座 粗对准 捷联惯导 重力积分

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摇摆基座下旋转捷联系统粗对准技术研究 被引量：23

3

作者 孙枫 孙伟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期929-936,共8页

阐述了利用惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的转动调制惯性器件常值偏差的原理。针对载体处于摇摆基座下难以实现粗对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的惯性系对准方案并应用于旋转捷联惯导系统中。利... 阐述了利用惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的转动调制惯性器件常值偏差的原理。针对载体处于摇摆基座下难以实现粗对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的惯性系对准方案并应用于旋转捷联惯导系统中。利用数字低通滤波器滤除由于摇摆和振荡运动产生的加速度干扰,实现了旋转捷联系统的粗对准。对比地分析了2种惯性系下的粗对准原理并进行了仿真,利用系泊实验进一步验证了改进的惯性系对准方案的可行性。结果表明,载体处于摇摆状态时,采用低通滤波方法可以有效地提取基座惯性系下的重力加速度信息,并建立更为准确的捷联矩阵;与传统的惯性系对准方法相比较可以看出,采用滤波技术的惯性系对准结果具有更好的稳定性,存在广阔的应用前景。 展开更多

关键词 惯导系统 摇摆基座 旋转调制 低通滤波器 粗对准

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舰载机捷联惯导自对准方案设计与仿真 被引量：18

4

作者 秦永元 朱新颖 +1 位作者 赵长山 白亮 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第1期28-33,共6页

舰船因风浪影响而产生大幅摇摆,使陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅度下降,从而给舰载机的初始对准带来困难。针对这一问题,提出了利用惯性空间中地球重力加速度信息的捷联惯导自主粗对准方法,以及基于模糊自适应卡尔曼滤波的自主... 舰船因风浪影响而产生大幅摇摆,使陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅度下降,从而给舰载机的初始对准带来困难。针对这一问题,提出了利用惯性空间中地球重力加速度信息的捷联惯导自主粗对准方法,以及基于模糊自适应卡尔曼滤波的自主精对准方法。粗对准算法中采用了惯性凝固假设,建立了载体惯性坐标系ib0,使舰载机相对ib0坐标系的姿态阵初值成为单位阵,并将姿态阵分散为四个矩阵求解;考虑了舰载机的地理信息、地球的自转、对准初始时刻舰载机相对地球的相对位置,及舰载机相对ib0系的姿态变化等信息,使姿态更新解算成为可能,从而隔离了舰船晃动。精对准中设计了一种模糊自适应卡尔曼滤波器,有效抑制量测中含有的不确定性干扰。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地解决舰船系泊和等速航行状态下舰载飞行器的初始对准问题。 展开更多

关键词 摇摆基座 捷联惯导 粗对准 精对准 重力加速度

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摇摆状态下基于非线性误差模型的惯导对准研究 被引量：11

5

作者 夏家和 秦永元 游金川 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期410-415,共6页

摇摆状态下无法使用传统解析方法完成粗对准。为避开摇摆基座的粗对准问题,提出了基于捷联惯导非线性误差模型的直接精对准算法。推导了捷联惯导的非线性速度误差方程和姿态误差方程,基于速度量测信息给出了非线性对准模型,通过UKF算法... 摇摆状态下无法使用传统解析方法完成粗对准。为避开摇摆基座的粗对准问题,提出了基于捷联惯导非线性误差模型的直接精对准算法。推导了捷联惯导的非线性速度误差方程和姿态误差方程,基于速度量测信息给出了非线性对准模型,通过UKF算法估计失准角完成摇摆状态下的精对准。算法可允许初始姿态误差达到40°。通过计算机仿真和摇摆台试验对算法进行了验证分析。在给定试验条件下,在600秒对准时间内达到水平0.02°,方位0.17°的精度。同时计算机仿真结果表明需对惯导速度进行反馈校正来保证模型的工作精度。 展开更多

关键词 摇摆基座 捷联惯导 对准 UKF 非线性误差模型

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一种新的舰载惯导系统摇摆基座初始对准方法 被引量：10

6

作者 冯培德 李魁 王玮 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期1-6,共6页

针对舰载惯导系统在摇摆基座条件下高精度初始对准问题,提出一种简单且易于实现的快速初始对准方法。利用开路法构建数学稳定平台隔离载体摇摆运动,提高了高精度舰载惯导系统摇摆基座对准过程中量测数据的信噪比,缩短了对准时间并提高... 针对舰载惯导系统在摇摆基座条件下高精度初始对准问题,提出一种简单且易于实现的快速初始对准方法。利用开路法构建数学稳定平台隔离载体摇摆运动,提高了高精度舰载惯导系统摇摆基座对准过程中量测数据的信噪比,缩短了对准时间并提高了误差参数的估计精度;建立了开路法数学平台偏角的误差模型,利用参数辨识法提取相关对准参数,从而估计出陀螺漂移和数学平台偏角并进行补偿。海上试验结果表明,该对准方法可在8 h内达到优于0.000 5°/h的对准精度,有效地解决了摇摆基座条件下舰载惯导系统的高精度初始对准问题。 展开更多

关键词 惯导系统 初始对准 摇摆基座 参数辨识

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捷联惯导角速度匹配传递对准方法研究 被引量：3

7

作者 关劲 蔡同英 高伟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2005年第3期10-13,共4页

潜器用SINS在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时,主惯导与子惯导之间不仅会因安装而产生常值失准角,而且会因为舰体的变形产生不确定失准角。用二阶马尔可夫对舰体变形进行了建模,并对角速度匹配传递对准方法进行了研究。计算机仿真... 潜器用SINS在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时,主惯导与子惯导之间不仅会因安装而产生常值失准角,而且会因为舰体的变形产生不确定失准角。用二阶马尔可夫对舰体变形进行了建模,并对角速度匹配传递对准方法进行了研究。计算机仿真验证了舰体变形模型的可行性,角速度匹配传递对准方案可以有效、快速地为潜器提供高精度的导航姿态基准。 展开更多

关键词 捷联惯性导航系统 传递对准 摇摆基座 马尔可夫过程

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大摇摆情形的自对准方法 被引量：4

8

作者 牟玉涛 方海涛 《中国科学：信息科学》 CSCD 2012年第11期1364-1378,共15页

在风等干扰的影响下,载体易产生较大幅度的摇晃,造成捷联惯导系统初始姿态存在较大失准角,而由于缺少基准信息,并且包含失准角信息的导航误差不能直接量测,进而影响自对准精度.由于载体仅发生摇晃,并没有相对移动,从而存在零速的摇晃中... 在风等干扰的影响下,载体易产生较大幅度的摇晃,造成捷联惯导系统初始姿态存在较大失准角,而由于缺少基准信息,并且包含失准角信息的导航误差不能直接量测,进而影响自对准精度.由于载体仅发生摇晃,并没有相对移动,从而存在零速的摇晃中心,若视载体为刚体,则载体各点的姿态是相同的.由于摇晃中心处的自对准是较为成熟的静基座对准问题,从而只需获得摇晃中心处的姿态误差即可.为了获得摇晃中心的位置,我们利用杆臂效应原理,通过将水平失准角扩展为待估参数,减小了模型误差,提高了摇晃中心位置的估计精度.对于摇晃基座存在大失准角问题,利用估计状态闭环补偿系统模型,逐步减小模型误差,获得较好的对准精度.最后通过仿真例子进行了验证. 展开更多

关键词 自对准 大失准角 摇摆基座 杆臂效应 最小二乘方法

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基于重力加速度的自对准算法在摇摆台上的验证 被引量：4

9

作者 白亮 秦永元 朱新颖 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2010年第1期164-167,共4页

摇摆基座条件下陀螺和加速度计测量的地球自转角速度和重力加速度受到了摇摆运动的干扰,无法根据陀螺和加速度计的输出直接获得初始姿态矩阵。针对这一问题,通过验证实验证明了基于重力加速度的对准算法的有效性,并依据实验结果从理论... 摇摆基座条件下陀螺和加速度计测量的地球自转角速度和重力加速度受到了摇摆运动的干扰,无法根据陀螺和加速度计的输出直接获得初始姿态矩阵。针对这一问题,通过验证实验证明了基于重力加速度的对准算法的有效性,并依据实验结果从理论上对该方法的对准误差进行了分析,提出了进一步提高对准精度的措施。 展开更多

关键词 摇摆基座 粗对准 捷联惯性导航系统 重力加速度

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纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准方法

10

作者 李敬春 张亚 段海滨 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期39-46,共8页

针对纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准问题,本文将其看作基于特征值分解的优化问题处理,提出一种基于地球系重力矢量的摇摆基座自对准方法.首先,构建基于速度增量形式的目标函数,建立不依赖外部纬度信息的地球系下重力矢量模型,以... 针对纬度未知条件下捷联惯导摇摆基座自对准问题,本文将其看作基于特征值分解的优化问题处理,提出一种基于地球系重力矢量的摇摆基座自对准方法.首先,构建基于速度增量形式的目标函数,建立不依赖外部纬度信息的地球系下重力矢量模型,以提高地球系下重力矢量的估计精度;然后,将摇摆基座自对准看作Wahba姿态确定问题,基于地球系下重力矢量建立关于惯性系转换四元数的速度增量式目标函数,增强对噪声及振荡干扰的抑制,利用基于特征值分解的多矢量优化方法完成摇摆基座自对准,以提高对准精度;最后,通过设置捷联惯导摇摆基座初始对准仿真及船舶系泊实验,验证了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 捷联惯导系统 摇摆基座 自对准 纬度未知 特征值分解 重力表观运动

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摇摆基座下捷联系统快速初始对准研究 被引量：4

11

作者 孙伟 孙枫 杨琳 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期495-498,508,共5页

针对舰船摇摆状态下无法从陀螺仪输出中提取地球自转角速度信息这一问题,提出基于惯性系改进的粗对准方法。该方法通过建立惯导系统初始捷联矩阵隔离载体摇摆运动以保证失准角为小角度。为了满足舰船对准快速性的需求,提出了一种惯导数... 针对舰船摇摆状态下无法从陀螺仪输出中提取地球自转角速度信息这一问题,提出基于惯性系改进的粗对准方法。该方法通过建立惯导系统初始捷联矩阵隔离载体摇摆运动以保证失准角为小角度。为了满足舰船对准快速性的需求,提出了一种惯导数据循环使用的卡尔曼滤波精对准方法。系泊状态下的半实物仿真结果表明:采用惯导数据循环使用的系泊对准方法可以达到对准精度要求的同时缩短对准时间,验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 捷联惯导 初始对准 卡尔曼滤波 摇摆基座 循环数据

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较大幅度摇摆条件下舰船捷联惯导自对准研究

12

作者 段江锋 秦永元 +1 位作者 张亮 顾冬晴 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2005年第S1期130-132,共3页

研究摇摆基座上捷联惯性导航系统的初始对准技术。提出了对加速度计输出进行分析并对其进行积分的方法,来抑制干扰的影响。通过最小二乘法估计初始失准角与陀螺常值漂移,从而运用姿态误差角方程推算出相应时刻的失准角。仿真结果表明该... 研究摇摆基座上捷联惯性导航系统的初始对准技术。提出了对加速度计输出进行分析并对其进行积分的方法,来抑制干扰的影响。通过最小二乘法估计初始失准角与陀螺常值漂移,从而运用姿态误差角方程推算出相应时刻的失准角。仿真结果表明该方法切实有效。 展开更多

关键词 捷联惯导 初始对准 最小二乘 摇摆基座

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舰船等速下舰载机捷联惯导粗对准方法研究 被引量：3

13

作者 肖支才 王勇军 +1 位作者 王义冬 韩昕锋 《海军航空工程学院学报》 2010年第2期163-166,共4页

舰船等速航行时，由于风浪的影响使得舰船产生大幅摇摆，致使舰载机上的惯导系统测量到的地球自转角速度和重力加速度信息受到严重干扰，无法采用传统的静基座或微幅晃动基座的粗对准方法进行粗对准。针对这一问题，提出了舰船等速航行... 舰船等速航行时，由于风浪的影响使得舰船产生大幅摇摆，致使舰载机上的惯导系统测量到的地球自转角速度和重力加速度信息受到严重干扰，无法采用传统的静基座或微幅晃动基座的粗对准方法进行粗对准。针对这一问题，提出了舰船等速航行条件下基于重力加速度信息的粗对准方法，即以惯性坐标系中的地球重力加速度作为参考矢量，利用陀螺和加速度计的输出，计算出初始姿态矩阵的粗略估计值。在典型海况条件下，蒙特卡洛50个样本的仿真结果表明，东向、北向和天向姿态误差角的均值分别为-5．102’、8．915’、-0．174°，一倍标准差分别为：0．0174’、0．084＇、1．472°，在此基础上完全可以实现该状态下舰载机惯导系统的精对准。 展开更多

关键词 捷联惯导 舰载机 粗对准 等速航行 摇摆基座

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EKF和SUKF在大摇摆基座初始对准中的应用 被引量：2

14

作者 张金亮 秦永元 梅春波 《测控技术》 CSCD 北大核心 2013年第8期8-11,共4页

通过在SINS解算过程中加入速度和位置阻尼信息,推导了惯导系统在大失准角情况下的简化非线性误差模型,研究了非线性SUKF和EKF滤波器在大幅度摇摆基座初始对准中的适用性,有效解决了传统解析式粗对准算法不能应用于大幅摇摆基座自主初始... 通过在SINS解算过程中加入速度和位置阻尼信息,推导了惯导系统在大失准角情况下的简化非线性误差模型,研究了非线性SUKF和EKF滤波器在大幅度摇摆基座初始对准中的适用性,有效解决了传统解析式粗对准算法不能应用于大幅摇摆基座自主初始对准的问题。两种非线性滤波器在系统粗略装订初始姿态的情况下,可以不经过粗对准过程直接实现系统的精确对准。最后以舰船系泊条件下的大幅摇摆基座为仿真环境,仿真验证了两种非线性滤波对准算法的有效性,并比较了两种算法的对准精度。结果表明两种非线性滤波器的对准精度相当,从计算复杂度的角度考虑,EKF算法有更强的实用性。 展开更多

关键词 摇摆基座 初始对准 非线性滤波 EKF SUKF

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基于最优四元数估计的摇摆基座粗对准技术

15

作者 徐景硕 王勇军 唐波 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期756-759,765,共5页

针对摇摆基座的粗对准问题,提出了一种精度更优的粗对准方法。根据三维坐标矢量与旋转四元数间的内在关系,基于Wahba问题的求解原理,将双观测矢量的最优姿态阵求取问题归结为一个典型三角函数最大值的求解问题。阐述了Wahba问题的求解原... 针对摇摆基座的粗对准问题,提出了一种精度更优的粗对准方法。根据三维坐标矢量与旋转四元数间的内在关系,基于Wahba问题的求解原理,将双观测矢量的最优姿态阵求取问题归结为一个典型三角函数最大值的求解问题。阐述了Wahba问题的求解原理,分析了Wahba问题与最优四元数估计法的关系,剖析了最优四元数估计算法的复共线性,设计了基于最优四元数估计的摇摆基座粗对准方案,并与传统TRIAD算法和最优TRIAD算法进行了应用比较。蒙特卡洛500个样本的仿真结果表明,采用基于最优四元数估计的粗对准法的方位姿态估计精度远优于TRIAD算法和最优TRIAD算法,能使方位失准角的变化幅值控制在角分级,在此基础上能更好实现摇摆基座下惯导系统精对准。 展开更多

关键词 最优四元数估计 TRIAD算法 捷联惯导系统 粗对准 摇摆基座

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基于罗经法和CDKF的捷联惯导摇摆基座自对准

16

作者 马涛 孙尧 +1 位作者 高延滨 郭婧 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第7期10-13,16,共5页

针对舰船和舰载武器系统存在风浪的情况下自对准精度下降的问题,提出了一种改进罗经法粗对准和利用中心差分卡尔曼滤波(CDKF)法进行精对准的捷联惯导系统摇摆基座下的自对准方法。利用经典罗经算法在惯性系下对捷联系统进行粗对准,可以... 针对舰船和舰载武器系统存在风浪的情况下自对准精度下降的问题,提出了一种改进罗经法粗对准和利用中心差分卡尔曼滤波(CDKF)法进行精对准的捷联惯导系统摇摆基座下的自对准方法。利用经典罗经算法在惯性系下对捷联系统进行粗对准,可以在方位角存任意误差时收敛到一个精对准算法可以容忍的范围内,而CDKF精对准算法在存在相对较大的失准角下仍能实现高精度的姿态角误差估计。仿真实验证明:提出的方法对准精度高,速度快,实现简单,适用与各种无机动条件下的捷联惯性系统的自始准。 展开更多

关键词 捷联惯导系统 自对准 摇摆基座 罗经法 中心差分卡尔曼滤波

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捷联惯导初始对准中杆臂效应误差的补偿 被引量：18

17

作者 曹洁 刘光军 +1 位作者 高伟 孙枫 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2003年第3期39-44,共6页

重点介绍了杆臂效应原理和舰载水下潜器传递对准误差模型,针对潜器用捷联式惯性导航系统(SINS),在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时,系统中存在的杆臂效应误差问题,提出了直接补偿杆臂干扰加速度和设计低通滤波器的补偿方案。通过计... 重点介绍了杆臂效应原理和舰载水下潜器传递对准误差模型,针对潜器用捷联式惯性导航系统(SINS),在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时,系统中存在的杆臂效应误差问题,提出了直接补偿杆臂干扰加速度和设计低通滤波器的补偿方案。通过计算机仿真:验证了方案可以有效的提高传递对准精度,提供高准确性的导航姿态基准。 展开更多

关键词 捷联惯性导航系统 杆臂效应:传递对淮:摇摆基座 初始对准 误差补偿 舰载水下潜器

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利用H_∞滤波器改进舰船SINS在摇摆基座上的初始对准 被引量：4

18

作者 陈欢 程农 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第5期546-549,共4页

在摇摆状态下,利用常规Kalman滤波器得到的初始对准精度较低。为了提高捷联惯性导航系统在舰船摇摆基座上的初始对准精度,提出应用鲁棒扩展H∞滤波器实现初始对准。鲁棒扩展H∞滤波器是建立在鲁棒控制理论基础上的次优估计算法,以牺牲... 在摇摆状态下,利用常规Kalman滤波器得到的初始对准精度较低。为了提高捷联惯性导航系统在舰船摇摆基座上的初始对准精度,提出应用鲁棒扩展H∞滤波器实现初始对准。鲁棒扩展H∞滤波器是建立在鲁棒控制理论基础上的次优估计算法,以牺牲一定的准确性来提高滤波器的鲁棒性。在摇摆基座初始对准中利用鲁棒扩展H∞滤波器,是为了克服在大干扰情况下,系统误差模型不准确造成Kalman滤波器估计误差较大的问题。半物理仿真试验结果表明:在舰船横摇、纵摇、艏摇运动环境下,采用鲁棒扩展H∞滤波器得到的初始对准姿态角误差在12″(1σ)以内,方位角误差在15′(1σ)以内,优于使用Kalman滤波器的结果。 展开更多

关键词 捷联惯性导航系统 摇摆基座对准 鲁棒扩展H∞滤波 半物理仿真

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弹载SINS摇摆基座对准仿真研究 被引量：2

19

作者 吉庆昌 汪文明 王艳东 《计算机仿真》 CSCD 2008年第8期40-43,68,共5页

为了分析导弹在风干扰下的摇摆运动,解决弹载捷联式惯性导航系统(SINS)摇摆运动下的对准技术,结合实际工程应用,提出了一种弹载SINS摇摆基座对准仿真方法。利用机械系统力学自动分析软件(ADAMS)建立了导弹的物理模型,给出了在风干扰下... 为了分析导弹在风干扰下的摇摆运动,解决弹载捷联式惯性导航系统(SINS)摇摆运动下的对准技术,结合实际工程应用,提出了一种弹载SINS摇摆基座对准仿真方法。利用机械系统力学自动分析软件(ADAMS)建立了导弹的物理模型,给出了在风干扰下导弹的速度变化曲线和姿态变化曲线,并以此作为验证对准算法的数据来源。对准方案分为解析粗对准和滤波精对准两个过程,粗对准利用惯性器件的输出在最短的时间内为精对准提供姿态角的初始值,精对准利用滤波技术对粗对准结束后SINS的姿态误差角进行精确估计并补偿。最后的仿真结果验证了方案的可行性,在1分钟内俯仰角和滚转角的估计精度能够满足某导弹的性能要求。 展开更多

关键词 摇摆基座对准 捷联式惯性导航系统 机械系统动力学自动分析软件

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