静基座捷联惯导解析法对准研究

初始对准是捷联惯导系统的关键技术之一,对准精度直接影响到导航系统的导航解算精度,静基座捷联惯导卡尔曼滤波法对准的精度和收敛时间受模型参数以及初始条件的影响,对于低精度的捷联惯导,这种影响更大,滤波结果往往不能收敛,甚至发散。采用解析法对准是解决上述问题的有效途径,针对静基座解析法对准做了系统研究,推导了惯性器件误差的解析表达式,分析了对准时间与仪器误差估计精度的关系。实测试验结果表明,给予适当的对准时间,解析法对准亦可接近极限精度;同时,在解析法初始对准中,等效天向加速度计零偏可得到有效估计;等效天向、北向陀螺漂移虽可估计,但随机游走对估计结果的影响不可忽视。     

基于惯性系原理的动基座粗对准及其性能影响因素分析

捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)在进行导航解算前需要粗对准提供初始姿态角,载体受多种因素影响和制约,在微幅晃动或运动状态下,需要进行动基座粗对准.从惯性系对准原理出发,讨论了基于比力和速度矢量的两种动基座粗对准解算方案,分析了位置误差、速度误差、杆臂误差对动基座粗对准的影响.结果表明,惯性系对准方法能够满足SINS粗对准的要求,速度误差和杆臂误差是制约对准精度与速度的主要因素,机动性强的轨迹能够加快对准速度,基于速度矢量的解算方案能够有效减弱姿态角收敛过程中的抖动,以提高对准效率.     

惯性系统/激光测距仪组合定位技术研究

本文针对捷联惯性系统定位精度随误差积累而降低的情况,提出了一种基于惯性系统和激光测距仪的组合定位技术,并加以调平转位机构辅之。主要研究了捷联惯导系统静基座初始对准,分析了初始对准的精度,推导了激光测距仪载体坐标系到导航坐标系的坐标转换关系。最后,通过仿真和实施相关实验验证该定位技术。结果表明,此方法的测量误差较为稳定,误差大小在允许范围内,定位精度较高,具有一定的可行性。     

GPS辅助激光陀螺捷联惯导系统动基座对准实验研究

对GPS辅助下的激光陀螺捷联惯导系统的动基座初始对准进行了实验研究。首先给出了车载SINS／GPS组合导航系统误差模型，然后利用Kalman滤波器对SINS和GPS的车载动基座实际测量数据进行了离线的半实物仿真。仿真结果表明，动基座对准能够在10分钟以内快速实现，但是达到的对准精度与静基座对准相比稍差。     

低精度INS／GPS组合导航大方位失准角初始对准方案

在低精度MEMS-IMU和GPS组合导航中,由于IMU的精度问题,无法通过传统的解析方法实现方位失准角的粗对准,造成了大方位失准角问题,从而导致系统的强非线性。通过变换状态量,用方位失准角的两个三角函数代替方位失准角作为状态量,建立了新的线性系统方程。用改进奇异值分解法对新对准系统进行可观测度分析,完成了车载导航试验,结果表明：本初始对准方案在低精度的组合导航中具有很好的对准精度和对准速度。     

方位大失准角的捷联惯导非线性快速对准研究

捷联惯性导航系统初始对准中,当方位失准角为大角度时,常规的基于一阶线性化的小角度惯导误差方程不能准确描述系统的误差传播特性,捷联惯导的初始对准可归结为非线性状态估计问题。针对方位大失准角情况,本文提出基于UKF的方位大失准角非线性快速对准方案,该方案增加陀螺信息作为新的观测量,可提高方位失准角的对准速度。仿真结果表明,本文所提出的方案能够适用于方位大失准角情况下的捷联惯性导航系统快速对准。     

基于小波降噪的IMU精对准性能分析

精对准性能是保障惯性导航精度必不可少的重要条件,论文总结了国内外精对准的研究现状,发现精对准一般是通过卡尔曼滤波和惯性传感器的小失准角线性误差方程实现;基于此,本文通过卡尔曼滤波及小波分析,对低、中、高三种不同性能的惯性传感器进行精对准性能分析,对比发现,高精度的惯性传感器有着较好的对准精度;而低精度的传感器,由于噪声偏差及非线性原因,对准精度较低,甚至出现滤波发散的情况.      

移动测量平台在线对准方法研究

针对移动测量平台难以进行有效机动并受恶劣环境的影响阻碍惯性导航系统在线对准速度和精度提高的难题,提出了一种基于EKF-KF混合动态滤波的移动测量平台在线对准方法。将系统误差方程中的水平失准角和大方位失准角进行分离,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对大方位失准角进行估计,采用Kalman滤波(KF)对水平失准角进行估计,并将方位失准角的估计误差对水平失准角的估计进行修正。仿真结果表明,EKF-KF混合动态滤波缩短了移动测量平台在线对准的估计时间,提高了失准角的估计精度。     

简化5级-CKF在SINS大失准角初始对准中的应用

针对大失准角情况下,利用3级-CKF进行SINS初始对准性能不高的问题,提出5级-CKF算法。在系统模型噪声和量测噪声均为加性噪声且量测方程为线性方程时,推导了简化5级-CKF算法,步骤需要在Kalman滤波的基础上利用5级容积采样点对非线性状态方程的状态及其方差进行预测。采用SINS静基座初始对准仿真实验验证算法的有效性,结果表明:简化5级-CKF对任意失准角都是有效的,失准角较小时,3级-CKF和简化5级-CKF的对准精度和收敛速度性能相近,但简化5级-CKF的数值稳定性更高;失准角较大时,简化5级-CKF较3级-CKF具有更高的收敛速度和对准精度。     

光纤陀螺寻北仪的转位控制方案设计与实现

光纤陀螺寻北仪利用光纤陀螺测量地球自转角速率的水平分量来获得被测点的北向信息，利用加速度计测量固定陀螺的基座的倾斜角度，经过解算得到载体的参考轴与真北方向的夹角。转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节，转位机构的转位精度必须满足陀螺寻北的精度要求。文中详细介绍了光纤陀螺寻北仪的组成、转位控制方案设计及其实现途径。实验证实采用光电编码器作为直流电机位置控制的反馈元件的转位机构达到了系统寻北的精度要求。     

大失准角的SINS/GPS组合对准算法研究

利用四元数误差方程和非线性滤波技术能较好地解决大失准角下SINS的空中对准问题。迭代滤波比扩展卡尔曼滤波能在更大程度上改善对准精度，但计算量大。针对此不足，本文基于扩展卡尔曼滤波的状态与偏差解耦算法具有较高数值效率和迭代滤波具有较高精度的特点，推导出了一种非线性滤波算法，并对基于加性四元数误差方程的SINS／GPS组合对准进行了数字仿真。仿真结果表明：该算法既具有迭代滤波的精度又比迭代滤波计算量小。     

Effects of laser beam alignment tolerance on lidar accuracy

One of the major lidar error sources not yet analyzed in the literature is the tolerance of the laser beam alignment with respect to the scanning mirror. In this paper, the problem of quantifying these errors is solved for rotating polygon mirror type lidar systems. An arbitrary deviation of the beam from its design direction–the vector of beam misalignment–can be described by two independent parameters. We choose these as horizontal and vertical components of the misalignment vector in the body frame. Either component affects both, horizontal and vertical lidar accuracy. Horizontal lidar errors appear as scan line distortions—along and across track shifts, rotations and scaling. It is shown that the horizontal component of misalignment results in a scan line first being shifted across the track and then rotated around the vertical at the new center of the scan line. Resulting vertical lidar error, being a linear function of the scan angle, is similar to that produced by a roll bias. The vertical component of the beam misalignment causes scan line scaling and an along track shift. The corresponding vertical error is quadratic with respect to the scan angle. The magnitude of these effects is significant even at tight alignment tolerances and cannot be realistically accounted for in the conventional calibration model, which includes only range, attitude and GPS biases. Therefore, in order to attain better accuracy, this model must be expanded to include the beam misalignment parameters as well. Addition of new parameters into the model raises a question of whether they can be reliably solved for. To give a positive answer to this question, a calibration method must utilize not only ground control information, which is typically very limited, but also the relative accuracy information from the overlapping flight lines.     

雅砻江锦屏水电站交通辅助洞施工控制与精度分析

本文围绕雅砻江锦屏水电站辅助洞17.5 km交通隧道工程重点介绍洞内施工导线测量的精度,分析了其中两次复测结果产生较大偏差的原因,采用加测陀螺方位角的方法改善导线的点位精度,削弱旁折光等因素可能产生的误差影响,实测数据的处理结果与分析表明加测陀螺方位角大大提高了导线的精度和可靠性。     

地固系下四元数和卡尔曼滤波方法的惯导初始精对准研究

从地心地固系中卡尔曼滤波方程的推导入手,设计了一个12状态滤波器,对失准角进行估计,在地心地固坐标系中完成了惯导的初始精对准。模拟计算证明了此算法的正确性与有效性,并讨论了对准的精度。     

基于小波变换和序贯抗差估计的捷联惯导初始对准

基于小波变换和三参数序贯抗差估计，提出了一种新的确定捷联惯导初始姿态的方法。利用静基座下的模拟数据对该方法进行了验证。结果表明，该方法能够保证捷联惯导在较短的时间内获得较高的对准精度。     

滤波降阶和等效性操作的捷联惯导静基座精对准

推导了捷联惯导静基座精对准方程,阐明了精对准模型和机械编排之间的等效性操作原理,并进行了可观测性分析,以此给出了精对准简化模型实现的关键技术,通过舍去科氏力项,消除不可观测量,将犫系零偏转为狀系等效零偏估计,三个步骤改进了零速条件下的Kalman滤波自对准模型。试验结果表明,简化模型不仅使得模型大大简化,减轻了计算负担,加快了运行速度,并且保持了原有的快速收敛性和较高的估计精度,是一种优化的静基座精对准方法。     

无人直升机面阵影像高精度对地定位

为提高无人机对地定位精度,必须对系统进行几何标定与补偿。首先进行了直接地理定位实验,检验系统在不经过任何标定时的直接地理定位精度;然后进行了自由网光束法平差实验,以验证无地面控制点时系统的定位精度;最后进行了POS辅助自检校光束法平差,对内方位元素变化、相机畸变、IMU安置角进行标定和补偿,并验证了系统误差补偿后的直接地理定位精度。实验结果表明,未经几何标定的无人直升机直接地理定位的精度可满足应急条件下测绘保障要求;少量地面控制点的辅助下定位精度远优于1∶500比例尺地形图测图的要求,可用于常规测绘生产;系统误差补偿后,直接地理定位精度有明显提升:平面精度提高46.37%,高程精度提高62.49%;系统误差标定和补偿方法正确、有效,无人直升机具有很好的测绘应用前景。     

资源三号02星激光测高误差分析与指向角粗标定

2016年5月30日,中国成功发射了民用三线阵立体测图卫星资源三号02星,该卫星搭载了中国第一个用于对地观测的激光测高试验性载荷。资源三号02星在轨运行以来获取了多轨测高数据,为保证其测高数据的有效应用,需分析影响测高精度的各项误差来源,并通过一定的方法予以消除或减弱。首先根据卫星激光测高严密几何模型分析资源三号02星激光测高的各项误差来源,分析表明激光指向角对激光测高精度的影响相对较大;构建通过已有大范围地形数据进行激光指向角粗标定的数学模型,并利用已有公开地形数据（AW3D30 DSM）对激光指向角进行粗标定,从而提高激光足印定位精度。实验结果表明,利用已有地形数据对指向角进行粗标定后,能将激光测高精度从几十米提高到3 m以内,验证了卫星激光测高误差分析的合理性和利用已有地形数据修正激光指向角的数学模型的有效性,为消除卫星激光测高粗差提供了参考,能为星载激光测高外场在轨检校工作提供支撑。