2018年, 第17卷, 第4期　刊出日期：2018-08-05

  

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系统与应用
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  基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统

  张苗, 许建新, 黄欣, 殷德全, 熊智

  导航与控制. 2018, 17(4): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.001

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  针对行人导航定位问题,研究了基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统实现的关键技术。首先基于人体运动学原理构建了零速检测模型,使用最优综合判断条件有效检测出对应的零速时刻,实时进行速度和姿态的更新修正。在检测到零速时刻时,将速度误差、位置误差作为观测量,经Kalman滤波估计惯导系统误差并进行反馈校正,抑制惯导系统的误差,提高导航定位精度。研制了集信息采集、数据传输、导航解算与监控显示于一体的可穿戴式行人导航系统,可对行人的运动状态进行实时监控。所设计的基于人体运动学辅助的可穿戴式行人导航系统,平均定位误差小于行走距离的1.1%,最大不超过1.7%,验证了本系统的可靠性和适用性。
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  单轴旋转捷联惯导系统误差分析与转位方案

  石潇竹, 胡杰

  导航与控制. 2018, 17(4): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.002

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  对单轴旋转捷联惯导系统误差调制原理与旋转方案进行了研究,光纤陀螺作为惯性测量单元的主要传感器件,其误差主要包括常值漂移、标度因数误差、安装误差以及随机漂移误差,分析了单轴旋转调制对各项误差的补偿作用,给出了单轴单向连续旋转、两位置正反转停(大于360°)、四位置正反转停(小于360°)3种转动方案。在摇摆状态下综合考虑各项误差,并对其中的两种转位方案进行了长时间导航仿真,仿真结果表明:两位置转停方案与四位置转停方案长时间导航定位精度相当,四位置转停方案不需要加装导电滑环,实现起来更加简单,是一种最为有效的单轴旋转方式。在自行研制的单轴旋转捷联惯导系统上对四位置转停旋转方式进行了转台摇摆和车载环境验证实验,结果都能满足系统设计的指标。
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  基于MEMS-INS/GNSS组合导航抗差自适应Kalman滤波算法

  周彬, 赵万良, 荣义杰, 胡小毛, 马吉雨

  导航与控制. 2018, 17(4): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.003

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  标准的Kalman滤波器在组合导航领域得到了广泛的应用,然而在实际运动过程中,载体的运动模型是复杂多变的,无法准确掌握系统的动态特性。针对高动态环境下载体动态复杂多变特性带来的动力学模型难以精确构建问题,以及卫星跟踪环路信号易受扰动导致的观测信息出现异常粗差问题,设计了一种基于MEMS-INS/GNSS组合导航系统抗差自适应Kalman滤波算法,研究了优化自适应因子的求解方法。通过跑车试验证明了该算法能够有效地抑制误差发散,提供更加精确的导航定位结果,更好地控制观测信息误差以及动力学模型异常所带来的影响。
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  掠海飞行导弹基于滤波的滑模高度控制

  白晓瑞, 沈如松

  导航与控制. 2018, 17(4): 21-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.004

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  超低空掠海飞行反舰导弹或巡航导弹的高度表测量信号受到海浪噪声严重影响,其传统控制方法在海面风等干扰因素影响下,导弹难以保持定高飞行,容易失稳落水。采用基于滤波的滑模高度控制方法,利用组合高度测量Kalman滤波估计,有效消除海浪和测量噪声,提出一种基于趋近律的滑模控制方案,该方案具有控制参数少、抖振不明显、便于应用的优点。仿真表明,通过组合滤波,比较准确获取导弹飞行高度信息。与PID控制方法和常规滑模控制方法相比,基于趋近律滑模控制方法抗干扰性强,响应速度快,动态品质良好。应用该方法,导弹能够在较恶劣海情和海面风干扰下实现稳定掠海飞行,有效降低击水概率。
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  SINS/BD紧组合导航系统故障检测算法研究与实现

  殷德全, 熊智, 杨菁华, 闵艳玲

  导航与控制. 2018, 17(4): 27-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.005

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  由于惯性导航系统和卫星导航系统具有良好的互补性与北斗导航系统的迅速发展,惯性/卫星紧组合导航系统得到广泛应用。但卫星导航系统的时变、易受干扰等特性,极易污染整个组合导航系统。因此,研究了一种新型的惯性/北斗紧组合导航系统的故障检测算法,在传统的卡方故障检测算法基础上,利用新息动态变化特性来识别故障星,并对故障星进行隔离,从而保证整个导航系统的稳定性与精度。最后基于嵌入式PC104平台,利用Qt Creator软件开发了多线程惯性/北斗紧组合导航系统,对所研究的算法进行了可靠验证。实验结果表明,所研究的故障检测算法能够有效地检测出卫星信号故障,能及时剔除故障星,大大降低了漏检、错检的概率,提高了整个导航系统的可靠性与精度。
仪表与电路
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  正弦余弦算法优化的SVM模拟电路故障诊断

  朱静, 何玉珠, 崔唯佳

  导航与控制. 2018, 17(4): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.006

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  针对容差模拟电路故障诊断中软故障诊断样本较少和正确率低的问题,提出一种基于正弦余弦算法(Sine Cosine Algorithm, SCA)优化的容差模拟电路软故障诊断方法。对实验电路进行Monte Carlo分析后采集输出电压信号后采用小波变换提取小波熵组成故障特征集,采用主元分析法(Principal Component Analysis, PCA)对特征降维,利用基于SCA的支持向量机(Support Vector Machine, SVM)对故障集进行分类。通过对Sallen-Key带通滤波电路的分析,SCA-SVM分类算法具有较好的分类准确率与较快的诊断速度,优于网格搜索(GridSearch)、遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)。最后,在四运放双二次高通滤波器电路上进行测试。结果表明,SCA-SVM在容差模拟电路软故障诊断中具有较强的适应能力。
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  平台稳定回路模糊PI参数在线调整控制

  王卿, 王汀, 赵军虎, 胡贞

  导航与控制. 2018, 17(4): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.007

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  平台系统稳定回路依靠对外环、内环和台体的控制使平台台体在各种干扰力矩作用下都能提供精确的惯性导航基准,保证平台系统精度。针对目前回路控制超调量较大的问题,提出一种模糊PI参数在线调整的抗干扰控制方法,经过仿真表明在保证稳定回路快速调节的基础上,稳定回路动态特性得到了改善。该方法对今后新型平台系统伺服回路控制系统设计的进一步提高提供了一定指导作用。
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  基于DSP 的压电马达驱动电路设计

  孟照魁, 耿晓珂, 李慧鹏

  导航与控制. 2018, 17(4): 46-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.008

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  在分析压电马达运行原理和等效电路的基础上,设计了一种基于LC谐振原理的压电马达驱动电路。采用TMS320F28035 DSP为电路的控制核心,利用全桥逆变和LC谐振产生驱动信号,并通过Multisim软件对驱动电路进行仿真分析。实验结果证明,该驱动电路能够满足驱动压电马达的要求,提高光纤对轴系统的定位精度,同时实现系统的小型化设计。
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  一种数字式激光陀螺腔长和抖动控制系统

  梁浩, 李锦成, 王冬梅, 尹焱, 王思涵

  导航与控制. 2018, 17(4): 51-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.009

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  随着国防工业的飞速发展,对小型化、低功耗激光惯组的需求越来越迫切。设计了一种应用于激光陀螺仪的一体式、数字式的控制电路,电路将激光陀螺的腔长控制部分、抖动控制部分电路进行了集成设计,同时使用微控制器通过软件实现了腔长控制和抖动控制的核心部分,减少了硬件,降低了功耗。着重介绍了腔长控制电路和抖动控制电路的实现方式,并对电路的性能进行了测试分析,数据表明此电路满足系统使用要求。
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  某型激光陀螺寿命分析与改进

  何婕

  导航与控制. 2018, 17(4): 56-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.010

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  我国环形激光陀螺 (RLG)技术发展和应用已经取得巨大成就,作为惯导系统的核心仪表,激光陀螺的寿命很大程度上决定了惯导系统的寿命。介绍了激光陀螺组成,分析了其内部工作气压稳定性影响寿命的机理,给出了决定寿命的关键因素,提出了提高陀螺寿命的多项措施和方法,对我国激光陀螺的寿命提升具有较大的指导意义。
元器件技术
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  改进跟踪微分器设计

  刘志高

  导航与控制. 2018, 17(4): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.011

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  通过非线性和线性连续函数的恰当组合,使构造的奇次指数幂且连续的跟踪微分器函数的系统状态,无论在远离还是接近平衡点位置都能快速收敛。设计的跟踪微分器满足全局渐进稳定,仅收敛于一个平衡点。此外,由于未使用切换函数,也不存在抖振现象。计算机仿真表明,改进跟踪微分器跟踪效果优于经典的非线性跟踪微分器,且跟踪给定系统的状态变量与真实状态变量的响应高度吻合。
测试技术
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  捷联惯性导航计算机综合测试平台的硬件设计与实现

  季国田, 赵伟, 赖际舟

  导航与控制. 2018, 17(4): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.012

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  导航计算机的功能及性能验证一般需要基于实际的惯性传感器来进行联调测试。为了便于导航计算机在实验室快速地开展性能验证工作,设计了一种面向捷联惯导革统算法及性能验证的惯性多传感器信息模拟综合测试平台。平台基于PCI 总线的PC/FPGA 的架构方案,对传感器信息进行硬件仿真,实现了多路、多类型惯性器件实时、同步输出。通过与真实导航计算机连接,测试验证了此半实物仿真测试平台信号输出的有效性。
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  基于侧扫声纳图像的AUV侧向速度估计与DVL粗差检测

  李凯, 吴文启, 张鹭

  导航与控制. 2018, 17(4): 72-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.013

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  复杂水底环境和自主潜航器(AUV)机动会造成Doppler测速仪(DVL)速度测量结果中出现粗差,提出一种检测DVL速度粗差数据的方法。该方法利用侧扫声纳图像数据,结合SIFT特征匹配算法求取声纳图像的边缘特征点。根据声纳图像成像原理,计算出每一帧图像相对上一帧图像对应特征点像素的横向平移量;结合特征像素平移量与AUV实际横向位移的比例尺度关系以及声纳侧扫周期推算出AUV侧向速度。该侧向速度用于检测水下组合导航中DVL的速度粗差,在几十米水深的浅水区,该方法能够检测并剔除出大于0.2m/s的DVL侧向速度粗差,显著减小DVL前向速度误差。算法可实时实现,改善AUV水下组合导航性能。
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  随钻用光纤陀螺惯导系统振动误差建模与辨识

  王涛, 陈善秋, 王璐, 张林

  导航与控制. 2018, 17(4): 81-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.014

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  随钻振动工作环境下,针对惯导系统传统的线性器件误差模型不能适用于线振动工作环境的问题,提出了适用于振动条件下的高阶器件误差模型。通过分析二次项误差在静止与振动状态下的误差传播特性,得出加速度计二次项误差为线振动中主要误差项,建立包含加速度计二次项误差的36阶Kalman滤波器。与传统33阶误差模型相比,36阶误差模型可以有效分离和辨识器件误差。最后,在线振动状态下进行导航验证。结果表明,补偿了二次项误差之后的导航误差得到了大幅优化,速度误差由50m/s减小至2.2m/s,位置误差由90000m减小至2000m,姿态误差由0.7°减小至0.01°。
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  基于虚拟测量技术的模块化测量系统研制

  王斌, 孙睿

  导航与控制. 2018, 17(4): 93-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.015

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  机械产品的尺寸公差和形位公差是重要的质量检测指标,合格与否将直接影响产品功能。根据筒类工件的结构特点,搭建了基于虚拟测量技术的模块化测量系统,系统基于LabVIEW仪器平台开发主控制程序搭建外围硬件,解决了测量定位、传感器的选型、系统集成、测量程序开发等关键技术,实现了对尺寸公差与形位公差的同机检测。实验结果表明,系统检测精度达到99.80%,测量误差低于0.043mm,检测效率提高近3倍。
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  一种精密离心机误差分析与精度评定方法

  王胜利, 刘合朋, 胡吉昌, 钟正虎, 张春京

  导航与控制. 2018, 17(4): 100-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.016

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  介绍了用于线加速度计精密离心试验的精密离心机设备各项误差的来源和定义。详细分析了精密离心机各项误差在线加速度计离心机试验中对仪表给定加速度精度的影响并给出了具体的计算方法。在线加速度计精密离心机试验中,可根据每个误差项的具体来源和影响,对误差项进行补偿或忽略,以提高测试精度和降低试验难度。对于计入的误差项,可计算出具体的数值,从而综合确定出精密离心机设备对整个测试实验的不确定度影响。通过研究精密离心机误差模型,找到了提高精密离心机给定加速度输入精度的途径,给出了工程化的用于精密离心机精度评定的方法。
综述与动态
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  平台自标定技术综述

  王琪, 汪立新

  导航与控制. 2018, 17(4): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.04.017

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  误差标定及补偿是提高惯性系统实用精度的重要手段,尤其是平台使用前一次通电过程中的自主标定,由于排除了多次通电不重复性误差,更显示出十分理想的补偿效果。另外,平台自主标定摆脱了地面设备及其操作过程,包括能实现自主对准,对载体的机动性有重大意义。对目前的自标定技术进行了总结,主要对自标定中的标定模型、标定位置选择和参数辨识方法进行了分析,分析了自标定技术的研究重点和难点,展望了自标定技术的研究前景,指出了一种新的自标定技术研究方向——连续自标定方法。