捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真（共4篇）

篇1：捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

在利用卡尔曼滤波器对捷联惯导系统(SINS)进行静基座初始对准中,由于系统的不完全可观测性,使得有些状态没有滤波效果,有些状态的估计精度受到限制.对SINS静基座初始对准卡尔曼滤波方程进行了可观测性分析,提出了状态降阶的处理方法,并得到了各状态估计的`极限精度公式.最后进行了软件仿真,仿真结果表明:降阶滤波器和全降阶滤波器的估计精度基本相同,但是前者计算量更小,并且在滤波计算中能够消除不可观测状态的不利影响.

作 者：严恭敏 秦永元 YAN Gong-min QIN Yong-yuan  作者单位：西北工业大学自动化学院,陕西,西安,710072 刊 名：计算机仿真  ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER SIMULATION 年，卷(期)： 23(10) 分类号：V249.3 关键词：捷联惯导系统   初始对准   卡尔曼滤波   可观测性   仿真  

篇2：捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

一种新的惯导系统静基座快速初始对准方法

惯导系统中的一个十分重要的问题是其初始对准问题,提高其初始对准的速度和精度无论对军用或民用领域都具有十分重要的意义.由于惯导系统静基座对准时的可观测性很差,将卡尔曼滤波器用于解决惯导系统的初始对准问题时,方位失准角收敛很慢.提出一种快速估计方位失准角的.方法,直接利用两水平失准角快速收敛的估计结果估计方位失准角,从而大大提高了整个惯导系统静基座对准的速度,计算机仿真结果验证了该方法的快速性和有效性.

作 者：房建成 祝世平俞文伯 Fang Jiancheng Zhu Shiping Yu Wenbo  作者单位：北京航空航天大学,宇航学院 刊 名：北京航空航天大学学报  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS 年，卷(期)：1999 25(6) 分类号：V241.622 关键词：惯性导航   可观测性   卡尔曼滤波   初始对准  

篇3：捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

由于捷联惯导系统采用计算的数学平台代替物理平台, 使得惯性元件的误差通过姿态矩阵在系统中传播, 对导航产生重要的影响。因此分析系统误差对导航参数的影响, 从而对惯导系统中所用的主要元部件 (陀螺仪、加速度计) 提出精度指标要求及对初始校准提出要求, 在系统综合设计中对预测系统性能具有重要的意义。当系统处于运动状态时, 其误差状态方程相对复杂而且时变, 很难求出解析式。本文将对载体在动基座下的误差特性进行仿真和分析。

1 捷联惯导系统的误差方程

要建立误差方程, 首先给出惯导系统的基本方程, 误差方程都是由基本方程推导而来的:

误差方程是一种以惯导系统各输出量的误差量作为变量的方程, 有姿态误差角φe、φn、φu;速度误差δVe、δVn及经度纬度误差δL、δλ。由系统基本方程可以分别推导出姿态误差方程、经纬度误差方程和速度误差方程, 将它们写到一起得到动基座下系统的误差方程:

2 载体匀速直线运动对系统误差影响

2.1 载体东向匀速直线运动时系统误差仿真

设载体沿东向匀速运动, 速度为150km/h, 假定各个误差同时存在, 设三轴陀螺仪常值漂移为εe=εn=εu=0.01°/h, 加速度计零位漂移为塄e=塄n=10-4g, 初始姿态失准角为φe0=3′、φn0=3′、φu0=5′, 初始纬度为45.7796°, 仿真时间为48h, 所得模拟曲线如下:

2.2 载体匀速直线运动时误差分析

由仿真结果可以看出, 载体具有东向速度时, 地球周期和傅科周期均变小, 舒勒周期基本不变, 载体的东向运动不引起常值的系统误差。用同样的方法对载体北向匀速运动进行仿真分析得, 地球周期和傅科周期略有减小, 舒勒周期基本不变, 载体北向运动不产生常值误差, 舒勒振荡项的振幅略有增大。随着时间的推移, 纬度的增大, 傅科周期变小, 而载体的速度是不变的, 说明只是地理纬度的变化影响了傅科周期的大小, 而北向速度的大小是不影响傅科周期的。

结合动态误差方程, 具体分析载体运动对系统误差的影响, 由仿真结果可以看出:

2.2.1 载体的匀速运动对舒勒周期基本没有影响, 因为重力加速度随纬度改变变化不大, Ts=2π/ωs≈84.8min。

2.2.2 与地球周期有关的振荡周期和载体的速度和地理纬度有关, 随着载体的速度和地理纬度的增大而减小, 此由下式决定:

可见, 东向速度、北向速度和纬度的增大都会使地球周期变小。

2.2.3 与傅科周期有关的振荡周期和载体的东向速度和地理纬度有关, 东向速度和纬度的增大都会使此周期变小, 此周期由下式决定:

2.2.4 载体的运动不引起常值的系统误差, 常值误差只由三种主要误差源 (即陀螺漂移、加速度计零位误差和初始值误差) 决定。这一结论从动基座误差方程中也可以看出。

2.2.5 舒勒振荡项的幅值是随着傅科角频率的余弦而变化, 与地理纬度有关, 当存在陀螺漂移时, 振荡幅值随着纬度的升高而增大。

3 载体三轴摇摆对系统误差特性的影响

3.1 载体首向摇摆时系统误差仿真

设载体绕航向轴的摇摆幅值θhm=10°, θpm=θrm=0°, Tp=2πs, Tr=2πs, Th=2πs, k=0, 东向陀螺仪漂移为εe=0.01°/h, 初始纬度为45.7796°, 忽略其他误差源, 载体的速度为零, 仿真时间为48h, 所得模拟曲线如下:

3.2 载体三轴摇摆系统误差分析

用同样的方法对载体横向和纵向摇摆时东向、北向和方位陀螺漂移对系统误差产生影响进行仿真, 可以得出载体在三轴摇摆状态下由于引入了新的振荡项, 使陀螺漂移对系统误差的影响发生变化, 摇摆的幅值越大, 变化越明显, 三轴陀螺漂移对七个导航参数均产生几种周期振荡的误差。除产生周期振荡误差外, 当载体纵摇时, 东向陀螺漂移不会产生纬度的常值误差, 这点与静基座相同, 而载体横摇或首摇时东向陀螺漂移将会产生常值的纬度误差。无论载体绕哪个轴摇摆, 东向陀螺漂移都会产生随时间积累的经度误差。载体摇摆时, 北向陀螺漂移和方位陀螺漂移对纬度均产生常值误差, 对经度均产生随时间积累的误差。载体三轴摇摆状态下方位陀螺漂移对系统的姿态角误差的影响也是由于系统中引入了新的振荡周期, 几种振荡周期相互叠加使误差曲线发生较大变化。载体三轴摇摆对系统误差的影响除了上述变化外, 对其他导航参数的影响均与经基座时相同。

4 结论

由以上仿真和分析可见, 载体在匀速运动和静止时误差特性相差很大, 运动越剧烈, 差别越大。载体在摇摆状态下, 系统中又引入了新的振荡周期, 东向陀螺漂移除产生常值的经度误差外还产生随时间积累的经度误差, 所以表现出来的经度误差特性是随时间积累的误差和几种周期振荡的误差。北向陀螺漂移和方位陀螺漂移均产生经度随时间积累的误差和几种周期振荡的误差。方位陀螺漂移对系统的姿态角误差的影响也是由于系统中引入了新的振荡周期, 几种振荡周期相互叠加产生了仿真结果中所示的变化。

摘要：本文根据捷联惯导系统的基本方程建立了动基座下的姿态误差方程、速度误差方程和位置误差方程, 并得到动基座的误差传播方程。利用MATLAB对载体在匀速直线运动和三轴摇摆状态下的系统误差进行仿真, 并得出了系统误差曲线, 进而结合误差传播方程及方块图从理论上分析了动基座下捷联惯导系统误差特性。

关键词：捷联,惯性系统,误差方程,仿真分析

参考文献

[1]张树侠.捷联式惯性导航系统[M].北京:国防工业出版社, 1992:45-64.

[2]黄德鸣, 程禄.惯性导航系统[M].北京:国防工业出版社, 1986:73-98, 107-135.

[3]王新龙, 李志宇.捷联惯导系统在运动基座上的建模及误差传播特性研究[J].宇航学报, 2006, 27 (6) :1261-1265.

[4]Hao Yan-ling, Chen Ming-hui, Li Liang-jun, Xu Bo.Comparison of Robust H∞Filter and Kalman Filter for Initial Alignment of Inertial Navigation System.Journal of Marine Science and Application[J].2008 (2) :34-44.

篇4：捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真

针对UKF在捷联惯导系统静基座大方位失准角的初始对准中出现的计算量大和滤波数值不稳定的问题,本文提出了改进的UKF滤波.改进的UKF滤波应用了超球面采样和平方根滤波方法,降低了算法的计算量,提高了滤波过程中的数值稳定性.仿真结果表明,改进的`UKF滤波在保证初始对准滤波精度的前提下降低了计算量,提高滤波性能,验证了改进的UKF滤波方法的有效性和优越性.

作 者：陆海勇 赵伟 贺荣光 赖际舟 LU Hai-yong ZHAO Wei He Rong-guang LAI Ji-zhou 作者单位：陆海勇,赵伟,赖际舟,LU Hai-yong,ZHAO Wei,LAI Ji-zhou(南京航空航天大学自动化学院导航研究中心,南京,210016)

贺荣光,He Rong-guang(空军驻江西地区军事代表室,南昌,330024)