惯性导航算法的载体高动态特性研究

针对惯性导航算法中载体高动态特性的界定尚不明确的问题,提出了惯性导航算法中载体的高动态特性,即剧烈的复合运动形式可称之为惯性导航的高动态场景,而单纯的高速、大加速度或大角速度运动对于惯性导航来说并不是真正意义的高动态。文中阐述了载体的动态条件对惯性导航系统性能的影响,然后从惯性导航算法的角度得出载体高动态特性的界定,最后设计了仿真实验对结果进行验证。结果表明,剧烈的复合运动下惯性导航会产生明显的动态效应误差,此时惯性导航算法的高阶修正项影响显著,从而证明了惯性导航的高动态场景的特征。     

GAINS中重力传感器信息的扰动改正

重力辅助惯性导航系统GAINS(Gravity Aided Inertial Navigation System)是利用地球物理特征信息──重力来完成水下运动载体的辅助惯性导航与定位。为实现重力匹配以校正惯性导航随时间累积的误差,首先必须对重力传感器输出信息进行扰动改正。分析了水下运动状态下重力传感器受到的各种重力扰动,如垂直扰动加速度、水平扰动加速度以及厄特弗斯效应影响所产生的原因,研究了扰动误差模型与INS导航精度之间的关系,并通过计算,提出了可直接以INS输出数据而无需其它外部有源导航信息进行扰动分离的方法。     

GAINS中重力传感器信息的扰动改正

重力辅助惯性导航系统GAINS(Gravity Aided Inertial Navigation System)是利用地球物理特征信息重力来完成水下运动载体的辅助惯性导航与定位.为实现重力匹配以校正惯性导航随时间累积的误差,首先必须对重力传感器输出信息进行扰动改正.分析了水下运动状态下重力传感器受到的各种重力扰动,如垂直扰动加速度、水平扰动加速度以及厄特弗斯效应影响所产生的原因,研究了扰动误差模型与INS导航精度之间的关系,并通过计算,提出了可直接以INS输出数据而无需其它外部有源导航信息进行扰动分离的方法.     

重力场对惯性导航定位误差影响研究与仿真

从惯性导航力学编排方程出发,将高阶重力场模型代替正常重力模型,分析了扰动重力引起的惯性导航误差;并从另一角度,对理想状态下扰动重力对惯性导航的影响进行了仿真分析,结果表明扰动重力影响显著。通过将重力垂线偏差分量引入惯性导航方程,改善传统方程的缺陷,探讨了垂线偏差对惯性导航的影响。在全面论述了扰动重力和重力垂线偏差对惯性导航的影响的基础上,结合实际情况提出了进行重力场误差补偿的两种方法。     

重力场对惯性导航定位误差影响研究与仿真

从惯性导航力学编排方程出发,将高阶重力场模型代替正常重力模型,分析了扰动重力引起的惯性导航误差;并从另一角度,对理想状态下扰动重力对惯性导航的影响进行了仿真分析,结果表明扰动重力影响显著.通过将重力垂线偏差分量引入惯性导航方程,改善传统方程的缺陷,探讨了垂线偏差对惯性导航的影响.在全面论述了扰动重力和重力垂线偏差对惯性导航的影响的基础上,结合实际情况提出了进行重力场误差补偿的两种方法.     

GPS和惯性测量设备的数据联合处理研究

惯性导航设备有采用率高、自主强等特点。由于惯性导航设备的定位结果随误差漂移,因此需要其他定位技术的结果来校正这种漂移。GPS具有定位精度高全球覆盖等特点,但卫星信号在受到阻挡时会对定位结果产生影响,采用GPS和惯性导航设备相互结合可以弥补单系统的不足,使得定位系统更加完善。本文针对某型号惯性测量单元数据采集中的粗差进行处理,实现了非耦合GPS和惯性测量单元的组合处理。行车试验的重复测量结果表明,GPS和惯性测量的组合可以抑制惯性测量导航系统的飘移误差,获得高采样率的输出结果。     

高精度惯性导航系统的重力场影响模式分析

从惯性导航力学编排方程出发,通过将重力乖线偏差引入惯性导航方程,改善传统方程中简单利用正常重力进行解算的缺陷,仿真分析不同速度下止常重力模型,ECM96模型和实测重力数据对惯性系统导航结果的影响.结果表明,乖线偏差的影响远远大于单纯重力异常的影响,且载体运动速度越慢,采用EGM96模型和实测重力数据比采用正常重力模型对惯导系统的改善越明显,而采用EGM96模型和实测重力得到的导航结果差别较小;如果只单纯考虑重力异常的影响,采用正常重力,EGM96模型解算的导航结果与采用实测重力异常的结果差别小明显,误差主要表现在基于时间的累积效果上.     

附加约束条件对GNSS/INS组合导航结果的影响分析

针对车载全球导航卫星系统/惯性导航系统（global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS）组合导航中卫星信号中断,惯性导航系统单独导航误差积累较大的问题,提出了附加载体运动条件约束的卡尔曼（Kalman）滤波解算方法。通过利用载体固有的运动约束,包括近似高程约束、近似速度约束和近似姿态约束,减少载体自由度和模型参数;通过引入新的观测类型,增加观测冗余,可以加强Kalman滤波解,提高在GNSS信号中断时组合导航系统的定位精度,实现无缝导航。     

同步带类运动控制器几何误差的成像检测方法

用于变形监测任务的激光雷达扫描仪需要采用运动控制器来变换探头位置以发射/接收光束,通常运动控制器由步进电机与同步带构成。提出了一种基于外方位元素标定的同步带类运动控制器误差模型建立方法,具体步骤为:①恢复运动轴上不同位置处已知控制点坐标与像平面坐标之间的单应关系,得到摄影机的内、外方位元素;②对不同位置处外方位元素中的平移向量进行线性运算后,求解相应的位置关系;③将输入脉冲数对应的距离作为真值,与所求位置关系作差得到多组误差数据,利用拟合对误差建立多项式模型。实验结果表明,利用该方法检测误差所需设备少且操作简单,所建误差模型精度达到亚毫米级,并能有效地对位置控制予以补偿;同步带类运动控制器的主要误差来源于同步带,以其作为基础的相关测绘仪器可分部件进行验校,以节省使用成本。     

卫星加速度在CTS和CIS之间的转换

本文基于CHAMP卫星加速度在协议地球坐标系(CTS)和协议惯性坐标系(CIS)之间的转换，推导了加速度的转换公式。经过进一步的讨论，指出加速度转换公式的后两项是地球自转引起的惯性力，如果要转换的加速度是卫星的运行加速度(即位置的二阶导数)，转换公式就应该加上后两项；如果是实际存在的力产生的加速度应按一般的矢量来转换。最后，利用2002年1月2日一天0时到24时的CHAMP卫星精密星历对加速度转换公式做了验证。