导航与控制

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王超, 柳林, 菜祿雨, 郑蠢

导航与控制. 2015, 14(5): 2-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.001

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针对单轴旋转激光陀螺惯导系统存在周期性振荡误差较大、定位误差随时间累积的问题,为提高系统的导航精度以及实现高自主性和强抗干扰性,对单轴旋转激光陀螺惯导系统与多普勒计程仪组合导航方法进行了探讨,建立了组合导航系统模型, 并进行了仿真分析。结果表明,采用该组合导航方案可实现对单轴旋转激光陀螺惯导系统误差进行较为准确的估计,组合导航系统输出的姿态角误差小于0.1',东向和北向速度误差小于0.05kn,在24h内经度和纬度误差的最大值均小于0.02’。

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卫星导航在大过载情况下的精度考核

刘墦, 魏宗康, 段宇鹏

导航与控制. 2015, 14(5): 6-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.002

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目前GPS系统广泛应用于定位、测速中,尽管其在低速、低过载的相关领域中没有限制,但在一些特殊环境,例如火箭橇试验的大过载环境中,可能因国外技术限制无法正常工作。而北斗导航系统作为我国自主开发的系统则不会受到此类制约。首先介绍了卫星导航定位理论,从理论上分析了卫星导航系统工作不受到载体速度和加速度限制。之后,通过两次试验,发现了 GPS系统受到限制的情况。最后,通过比较GPS系统和北斗导航系统的定位、测速精度,得到了可以使用北斗导航系统替代GPS系统的结论。

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优化抗差自适应滤波器在深组合导航中的应用

石威, 范胜林, 陈雪, 刘建业

导航与控制. 2015, 14(5): 11-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.003

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为了提高惯性/卫星深组合导航系统的滤波性能,在抗差自适应滤波算法的基础上,研究了一种优化抗差自适应滤波算法。该算法通过比较实际预测残差协方差矩阵和理论协方差阵的差值来生成自适应因子,从而优化抗差自适应滤波。将所研究的算法应用于惯性/卫星深组合导航系统,在高动态环境下进行仿真验证,并与常规卡尔曼滤波、抗差自适应滤波进行比较。结果表明,优化算法能有效地控制观测异常和动态模型异常对状态参数估值的影响,所得组合导航位置误差和速度误差明显减小,提高了组合导航系统的滤波精度。

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基于北斗接收机的车载卫星导航系统的设计

张慧, 尹世梅, 付小杰, 冯立清, 凌航

导航与控制. 2015, 14(5): 18-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.004

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基于北斗卫星导航系统、北斗地基增强系统、移动通信网络,设计开发了一款小体积、高精度车载导航系统。主要在接收基站差分信息以及实现高精度定位方面进行探索。通过单点定位和差分定位的野外跑车对比试验得出,该系统性能稳定、可靠性高,其差分定位精度能够满足车辆导航的要求。

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惯导/北斗/里程计一体化紧组合导航方法研究

张小跃, 刘鹏博, 易晓静, 张春熹

导航与控制. 2015, 14(5): 23-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.005

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当前,主要通过采用惯导/卫星导航组合或者惯导/里程计组合的方式来实现车辆的定位定向;卫星信号良好时,惯导系统与卫星导航组合实现车辆定位定向,当卫星导航信号不好甚至没有信号无法正常工作时,惯导系统与里程计组合实现车辆定位定向。提出一种惯导/卫星导航/里程计三者的一体化组合方案,针对惯导、北斗、里程计这三项測量设备构成的组合系统建立了统一的误差状态模型、组合量测模型以及反馈修正模型,并通过卡尔曼滤波器来实现三者的一体化紧组合,这种惯导/北斗/里程计一体化的紧组合方式,能更好地实现三者信号之间的充分交流与融合。将这种一体化紧组合方法与传统的惯导/北斗组合、惯导/里程计组合方法进行了仿真比较,结果表明：惯导/ 北斗/里程计一体化的紧组合方法能更加快速、准确得到传感器误差（包含惯组误差、北斗误差、里程计误差）的在线估计,更能有效提高各传感器的测量精度。

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基于GPS/MEMS微惯性导航系统的混合校正方法研究

周艳丽, 郭涛, 王盛, 赵龙

导航与控制. 2015, 14(5): 31-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.006

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针对GPS/MEMS微惯性组合导航系统,为了提高算法的可靠性和导航精度,研究了 Kalman滤波算法。分析了 DSP数字系统的运算能力、构建了优化的数学模型,提出了 Kalman滤波混合校正方法,并将此方法应用于搭建的组合导航系统。通过跑车试验对该方法进行了验证,试验结果表明,系统的导航精度,姿态误差在0.5。,航向角误差2°,速度误差0.5m/s。

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惯性/里程计组合导航技术在管道定位中的应用

纪文涛, 张浩, 罗强力, 魏宗康

导航与控制. 2015, 14(5): 36-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.007

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石油天然气管道担负着油气传输的重任,定期对传输管道检测能使其安全、高效地运行。为此设计了管道导航定位系统,用于对管道探伤位置的精确定位。管道导航定位系统主要由激光捷联惯性导航系统与里程计组成,搭载在管道检测设备中。通过测量、存储检测过程中的传感器信息,在检测结束后离线处理数据,得到管道导航定位信息。通过对惯性/里程计分别进行误差分析与建模,搭建了组合导航系统卡尔曼滤波器模型,进行了跑车试验与实际管道定位试验。试验结果表明该惯性/里程计组合导航管道定位精度满足管道高精度定位要求。

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一种制导炮弹用组合导航系统设计

韩志强, 张岳东, 李权, 谢仕良

导航与控制. 2015, 14(5): 42-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.008

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针对制导炮弹的需求设计了一种组合导航系统。该系统采用微机电 (MEMS)惯性传感器,集成了 GPS接收机和磁阻传感器,构成了微小型组合导航系统。给出了系统的整体设计方案、硬件结构、导航算法设计和试验结果,并讨论了系统设计中的一些问题。

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一种用于井眼轨迹测量的惯性解算方法

白琳, 高爽

导航与控制. 2015, 14(5): 48-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.009

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在井眼轨迹测量的惯性解算过程中,需要根据重力场模型补偿地球重力向量。结合井下惯性测量的实际情况,从地球内部构造特性着手,采用重力点质量模型的方法推导出适用于地表岩层内的重力梯度模型,进而得出便于参与惯导力学方程编排的重力场模型。用Matlab编写惯导仿真程序,分别将传统重力模型与新建重力模型代入惯导程序,对比相同导航时间内解算产生的导航参数误差大小。对比结果显示：含新建重力模型的惯性解算方法可以有效地提高井眼轨迹测量的精度。

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基于北斗的ARAIM算法在LPV-200下的可用性研究

陈雪, 范胜林, 石威, 刘建业

导航与控制. 2015, 14(5): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.010

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随着全球卫星导航系统的发展和完善,用户在飞机进近着陆阶段使用 GNSS保障安全的要求已成为可能,而应用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测已不能满足如此高的完好性要求,因此,导致了高级接收机自主完好性监测(ARAIM)的出现。在北斗区域导航系统下,针对进近阶段最重要的垂直导航和ARAIM算法理论分析,通过优化配置危险误导性信息概率(PHMI),为较难检測的故障模式分配较大的值, 最小化垂直保护水平,在保证完好性指标不变的条件下提高ARAIM算法可用性。仿真结果表明,在LPV-200性能要求下,ARAIM优化算法的可用性明显提高,所提方法是有效的。

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恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统半实物仿真

周跃诚, 吴文启, 李云

导航与控制. 2015, 14(5): 59-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.011

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提出一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统方案。用一个不随偏频机构旋转的机抖激光陀螺,改善恒速偏频激光陀螺惯导系统在偏频旋转轴方向的载体角速度测量精度。给出了偏频旋转轴方向等效陀螺采样值的计算方法和关键结构参数标校方法;分析了纯惯导的系统误差特性,在初始对准卡尔曼滤波模型中,增加了偏频旋转轴方向的陀螺漂移以及耦合偏差造成的等效北向陀螺漂移作为误差状态。恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统的半实物仿真实验结果表明：在静基座条件下,初始对准lOmin后,方位角收敛到10" (1$\sigma$)内;初始对准20min后,纯惯导4h,北向和东向位置误差最大值均小于 200m。

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采样量化与滤波对圆锥补偿算法影响对比分析

王亚, 吴文启, 王茂松

导航与控制. 2015, 14(5): 66-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.012

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研究了圆锥运动情况下陀螺角增量采样量化对姿态误差的影响,对比分析了单子样算法、三子样扩展频率级数算法和三子样显式频率整形算法,理论推导给出陀螺角增量分辨率造成的量化误差方差和圆锥算法姿态误差方差间关系的理论表达式。推导公式及蒙特卡罗仿真结果表明,除通过脉冲细分提高陀螺角增量分辨率外,低通滤波和提高姿态更新频率也可减小量化误差对姿态解算的误差影响。

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一种改进的RatSLAM仿生导航算法

张潇, 胡小平, 张礼廉, 马涛, 王玉杰

导航与控制. 2015, 14(5): 73-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.013

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RatSLAM是模拟鼠类感知环境机制提出的一种定位与构图的导航算法,算法的提出者利用该方法成功地进行了 66km的车载试验。在机器人导航领域,RatSLAM 是非常优秀的纯视觉仿生导航算法。然而,该算法完全依赖视觉信息,在复杂的环境中存在可靠性低、导航精度不高的问题。在RatSLAM的基础上引入光学双轴速度传感器和 MIMU信息,建立了融合光学双轴速度传感器和MIMU信息的航位推算模型,对RatSLAM 仿生导航算法进行了合理改进,搭建了硬件系统并进行了动态车载实验。实测结果表明改进的仿生导航算法环境适应性更强、导航精度更高。

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基于多参量信息的水下地磁滤波导航算法

栾祿雨, 葛德宏, 陈建华

导航与控制. 2015, 14(5): 80-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.014

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由于水下运载器使用地磁滤波导航方法时难收敛、易发散,根据水下运载器的特点设计了一种基于多参量信息的水下地磁滤波导航算法。针对单纯使用地磁数据进行位置匹配精度较差的问题,该算法在匹配及滤波过程中引入了地磁强度、航向、航速等多参量信息,采用非线性滤波框架进行信息融合,采用粒子群算法根据多参量信息进行位置搜索,并以之为系统滤波的观测值,通过提高位置观测精度改进滤波的收敛性和鲁棒性。仿真结果表明,算法滤波精度高,稳定性好,能够较好地抑制各类传感器干扰和误差对滤波估计的影响,适用于水下运载器的地磁导航定位。

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重力扰动对高精度惯性导航初始对准的影响与补偿

何昆鹏, 王晓雪

导航与控制. 2015, 14(5): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.015

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初始对准时,通常是基于地球参考椭球,用正常重力公式计算重力失量, 而实际情况下地球内部质量分布不均匀,实际重力包含正常重力和重力扰动。重力扰动包括参考椭球面切线方向的分量（垂线偏差）和法线方向分量（重力异常）。研究重力扰动下的初始对准,导出了重力扰动下水平姿态误差角与垂线偏差大小等值。重力扰动下初始对准的方法是利用EGM2008地球重力场模型计算出对准点的重力扰动并从加速度计中剔除掉。仿真分析表明,补偿重力扰动后可提高初始对准精度。

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基于格子玻尔兹曼方法的旋翼三维气动力学分析

吕腾, 魏宗康, 李双玉

导航与控制. 2015, 14(5): 89-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.016

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提出运用格子波尔兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod, LBM)分析微型旋翼的气动特性。以APCllx47型螺旋翼为分析对象,实物的结构信息通过三维激光扫描和逆向工程的方法输入计算机,使用基于LBM的软件计算其不同转速下的螺旋翼产生的升力,最后得到其升力系数。

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惯性平台系统摇摆条件下的漂移处理方法

张金云, 郭宗本, 刘伟, 杨震, 闰祿

导航与控制. 2015, 14(5): 94-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.017

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惯性平台在摇摆条件下,由于轴端摩擦力矩的存在,导致在摇摆运动时影响平台稳定性,引起平台各轴附加常值漂移。介绍了两种惯性平台摇摆条件下的漂移处理方法,第一种方法利用平台轴端框架角传感器的输出数据,首先使用离散傅里叶变换得到数据频谱,其次根据数据频谱设计数字滤波器,对得到的数据进行滤波处理, 最后使用线性回归法对滤波后的数据进行拟合,从而得到摇摆条件下平台摇摆漂移; 第二种方法使用加速度计的输出,根据敏感的加速度可以得到敏感轴与重力加速度的角度,由此计算出摇摆过程的漂移速度。实验表明,频谱分析法可以进行三个方向的计算,但台体轴结果的稳定性不好;加速度输出拟合方法虽只可进行两个方向的计算,但稳定性较好。

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电罗经航向的$H^{\infty } $跟踪估计方法研究

赵海军, 王旺, 王炜

导航与控制. 2015, 14(5): 101-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.018

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为提高在风、流、摇摆等众多外界干扰下电罗经航向输出的精确度,提出了基于$H^{\infty } $的航向跟踪估计方法。简要介绍了$H^{\infty } $估计理论,基于$H^{\infty } $估计理论对最速跟踪微分器进行一步改进设计,构造误差反馈矩阵,实现最速跟踪微分器的在线反馈控制, 获得较为理想的效果,为减小电罗经航向误差及提高航行安全提供一种行之有效的方法。

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减振器布局和跨度对捷联惯组振动影响

任娟, 章博

导航与控制. 2015, 14(5): 105-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.019

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针对采用空间五点减振的捷联惯组系统,介绍了其总体设计方案,对减振系统的固有频率进行了理论推导和模态仿真,对不同减振布局下捷联惯组的冲击响应进行了分析。结果表明：对于空间五点减振的捷联惯组,其线振动固有频率不随减振器的位置而改变,而角振动固有频率随减振器跨度的增大而增大;单独改变第5点减振器的位置对调整系统角振动固有频率的作用有限,但可有效影响系统的偏心量,进而显著改变IMU在冲击下的角振动响应幅值,较小的偏心量可以降低系统在冲击作用下的角振动幅值;在系统偏心量不变的情况下,同步增加除第5点外的其余4个减振器的跨度,有利于减少系统的角振动响应幅值。

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里程计初始标定及误差分析

时海涛, 马静, 张小跃, 张春熹

导航与控制. 2015, 14(5): 111-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.05.020

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介绍了里程计的初始标定计算方法,利用该方法计算出里程计刻度系数和航向安装偏差角。在此基础上建立了里程计刻度系数的标定误差模型和航向安装偏差角的标定误差模型,分析各因素对里程计刻度系数标定和航向安装偏差角标定的影响,并对误差模型简化,得出影响里程计标定的主要因素是初始航向角误差和Z轴陀螺漂移。最后,进行数学仿真,仿真结果与分析结果一致。

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2015年, 第14卷, 第5期　刊出日期：2015-10-05

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