乔道鹏[1]2008年在《机载导弹的传递对准研究》文中研究说明利用标定好的机载主惯导的信息对弹载子惯导进行传递对准是载机发射导弹中的一项重要技术。它的精度与时间决定了导弹发射后的导航精度与发射导弹前的准备时间。本文的主要工作如下:1.概括介绍了传递对准定义,传递对准过程和以往传递对准的研究。介绍了传递对准建模时的各种坐标系,惯导的误差模型及初始对准。介绍了离散卡尔曼滤波方程,对连续系统的状态方程进行了离散化,并讨论了滤波的稳定性等相关技术。2.在分析杆臂效应原理的基础上,推导出杆臂效应误差公式。同时提出了一种杆臂效应误差补偿算法,并在此基础上采用卡尔曼滤波进行仿真验证。结果表明误差补偿方案实现起来简单、合理有效,具有较高的实用价值。3.研究了速度匹配,角速度匹配和姿态角变化量匹配叁种传统的传递对准方法。设计了直线机动,摆翼—加速机动,S型机动和盘旋机动四种用于速度匹配传递对准过程的机动轨迹,选择了进入传递对准状态方程的变量,设计了卡尔曼滤波器,分别用四种机动方式的轨迹参数进行了仿真,并对结果作了分析;在机翼摆动的机动方式下对角速度匹配和姿态角变化量匹配进行仿真和结果分析。4.针对单一匹配方案的缺点,通过仿真对比研究了速度加角速率匹配,速度加姿态变化量匹配和比力加角速率匹配叁种方法。5.介绍了PWCS(分段线形定常系统)可观测性分析理论和方法,针对速度匹配和速度加姿态匹配两种传递对准方法,利用奇异值分解(SVD)分析法定量的分析了捷联惯导系统在不同动基座对准时系统主要状态变量的可观测度,为对准时最佳机动方案的设计提供了理论依据,仿真结果证实了SVD分析法的正确性和有效性。
张勤拓[2]2010年在《机载导弹SINS动基座传递对准技术研究》文中提出机载导弹作为机载武器的重要力量,具有反应灵活,可快速投入战斗等特点,决定了其在区域战争中发挥着重要作用,而传递对准技术决定了导弹的射击精度和反应时间。鉴于此,论文以机载导弹为主要应用背景,分别从传递对准模型中状态可观测度分析、快速精确的对准匹配算法、传递对准鲁棒滤波方法以及重要误差干扰补偿技术等几个方面对该课题展开了深入的研究。由于误差协方差方法需要在Kalman滤波运算后才能得到各状态变量的估计效果,而基于分段线性定常系统(Piece Wise Constant System,简称PWCS)的奇异值可观测度分析方法不需要事先进行Kalman滤波运算,就能得到系统各状态变量的可观测度,为系统方案设计节省了大量时间。在传统可观测度定义的基础上,提出了一种新的可观测度定义方法,该方法能够分析出机动方式的改变对状态变量可观测度的影响。这种新的定义方法比传统方法更加清晰、直观,便于机动方案的设计。通过状态变量的可观测度分析,得出本文所采用的摇翼机动方式。鉴于机载导弹应用环境的高动态特点,单一的速度或位置匹配方法不再满足系统需求。论文根据捷联惯导系统姿态信息的不同描述形式,推导了“速度+姿态角”匹配、“速度+姿态矩阵”匹配、“速度+姿态矩阵相乘”匹配和“速度+四元数”匹配等四种基于姿态信息的匹配算法,仿真比较了它们的估计效果。提出了选择姿态矩阵作为观测量时,姿态矩阵元素的选择原则,并在“速度+姿态矩阵”匹配算法的基础上,推导得出了“速度+姿态矩阵相乘”匹配算法。最后,以“速度+姿态角”匹配算法为例,仿真比较了不同条件下的对准结果。以Krein空间状态估计理论为基础,推导了Krein空间的Kalman滤波和H∞滤波公式,仿真比较了两种滤波方法在不同噪声条件下的滤波性能。提出了一种基于Krein空间的自适应H∞滤波方法,推广了Krein空间滤波理论的应用。仿真结果表明所提出的滤波方法比Kalman滤波鲁棒性更好,比H∞滤波精度更高。对机载导弹实际应用环境中的杆臂效应、机翼气动干扰、主-子惯导之间的时间延迟等误差干扰进行了研究。详细分析了各干扰形成机理,推导得出了相应误差项精确的数学描述。比较了速度匹配和“速度+姿态”匹配算法在摇翼机动时受杆臂效应的影响。分析了“速度+姿态”匹配时杆臂长度的可观测度,为有效估计杆臂长度提供了理论依据和重要参考。通过对杆臂长度的有效估计完成杆臂效应误差补偿,仿真结果表明,杆臂长度的估计精度为分米级,杆臂效应补偿可以明显提高失准角的估计精度。针对载机机动过程中机翼气动特性较为复杂的特点,将弹性变形考虑为时变量,给出了弹性变形角的实时估计方案,并通过对叁个方向的弹性变形角进行可观测度分析,得到提高弹性变形角估计效果的机动方式。仿真结果表明,实时估计方案能够实现变形角的准确跟踪。最后,针对主-子惯导存在时间延迟误差,提出了一种载机作摇翼机动时,处理未知时间延迟误差的工程化方案,并仿真验证了其可行性。该方法既可以克服时间延迟误差的有害干扰,又避免了对延迟时间实时估计的的繁琐性,同时具备一定的对准精度。
王金林, 陈明, 郭创[3]2005年在《基于“姿态矩阵”量测的机载导弹传递对准技术》文中提出“速度+姿态”量测匹配方案是目前比较理想的机载导弹传递对准技术。采用“姿态”量测时存在矩阵计算量大等缺点,在具体工程应用时更会受到计算机速度的限制,尤其是需要快速进行卡尔曼滤波计算时。引入了一种与“姿态”量测具有相同特点的“姿态矩阵”量测方案,设计了快速对准卡尔曼滤波器,并进行了仿真分析。结果表明是一种具有工程意义的实用快速传递对准技术。
王勇军[4]2007年在《舰载机惯导对准技术研究》文中指出现代战争中，制空权争夺战是主要焦点，作为航空母舰主要作战武器的舰载机，在制空权的争夺中发挥着十分重要的战略作用。舰载机作为空基导弹的发射平台，起飞前其惯导系统的对准精度将直接影响到飞机安全和机载导弹的命中率。因此，舰载条件下快速准确的进行机载惯导系统的初始对准成为舰载武器系统形成战斗力的关键技术。 本文以舰载机为研究对象，系统全面地研究了其惯导系统在航母系泊和巡航条件下的初始自对准技术和传递对准技术。本文的主要研究工作包括： 1、系统研究了捷联惯导系统对准的基本理论。推导了惯导系统的比力方程和姿态微分方程；从误差传播的机理出发，详细推导了捷联惯导系统的误差方程，分析了舰载机惯组器件安装位置和舰载机重心之间以及航母主惯导和机载主惯导之间存在的杆臂效应，提出了杆臂效应补偿算法；建立了航母挠曲变形模型，仿真分析了航母挠曲变形对对准带来的影响。 2、深入研究了卡尔曼滤波基本理论。阐述了卡尔曼滤波的基本原理，介绍了离散型卡尔曼滤波基本方程和连续系统状态方程的离散化，论述了模糊自适应卡尔曼滤波的基本原理，针对初始自对准量测方程中存在不确定性量测干扰，根据量测方程中残差的均值和实际方差与理论方差的比值对量测方差阵的影响，设计了模糊自适应卡尔曼滤波算法。 3、深入研究了航母系泊条件下舰载机惯导系统初始自对准。建立了典型海况下的摇摆模型以及垂荡、纵荡和横荡等干扰运动模型，推导了该状态下基于惯性系中重力加速度信息的舰载机捷联惯导系统的自主粗对准算法和自主精对准算法；设计了常规卡尔曼滤波器和模糊自适应卡尔曼滤波器，并进行了仿真分析。 4、深入研究了航母巡航条件下舰载机惯导系统初始对准。设计了该状态下舰载机捷联惯导系统自主粗对准、卡尔曼滤波精对准和模糊自适应卡尔曼滤波精对准方案以及航母变速航行状态下在机载GPS辅助条件下的机载捷联惯导对准方案并进行了仿真分析。 5、深入研究了舰载机处于弹射状态时的动基座传递对准。论述了传递对准基本原理，分析设计了航母系泊状态下和航行状态下速度匹配和速度加姿态匹配传递对准方案并进行了仿真分析。 本论文的主要创新点： 1、提出了航母处于系泊状态或等速航行状态且作较大幅度摇摆时舰载机捷联惯导系统基于重力加速度信息的自主粗对准算法和自主精对准算法，使惯导在
王司, 邓正隆[5]2005年在《机载导弹空中二次快速传递对准方法研究》文中研究说明针对机载导弹GPS/SINS组合导航系统,提出了一种空中动基座二次快速传递对准方法。该方法在对准第1阶段采用速度加姿态变化量匹配方法,主要完成航向对准,同时初步进行水平对准;在对准第2阶段采用速度匹配方法,其任务是在第1次传递对准的基础上,进一步完成水平对准。第2次传递对准可在数秒钟之内完成,因而缩短了携弹对准飞行时间。第2次的水平对准摆脱了机翼挠性变形的影响,提高了水平对准精度。仿真结果表明了方法的有效性。
张波[6]2014年在《MEMS组合导航系统机载传递对准技术》文中进行了进一步梳理基于微机电系统（Micro-Electro Mechanical Systems，MEMS）技术的捷联惯性导航系统（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）与全球定位系统（Global Positioning System，GPS）构成的组合导航系统具有低成本、小体积和轻质量等优点。传递对准作为组合导航系统的关键技术之一，直接影响到导航系统的工作精度。本文以机载导弹为应用背景，为解决MEMS-SINS/GPS组合导航系统机载传递对准精度低和对准时间长的问题，在建立机载传递对准误差建模的基础上对传递对准匹配方法和传递对准非线性滤波器设计等关键技术进行了系统性研究。论文主要内容如下：（1）建立了MEMS组合导航系统机载传递对准的误差模型，并对其进行了可观测性分析。在介绍了传递对准建模中各种坐标系的基础上，采用经典的小角度假设，建立了传递对准的线性时变误差模型；为了获得传递对准滤波器中惯性器件的随机误差项，建立了MEMS惯性器件随机误差模型。然后对建立的传递对准误差模型采用分段线性定常系统（Piece-Wise Constant System，PWCS）可观测分析方法进行了可观测性分析。（2）研究了测量参数匹配、计算参数匹配和组合参数匹配传递对准方法。对于传统的单参数匹配方法，通过仿真比较，总结了各种匹配方法的优点和缺点。根据机载应用背景的特点，通过比较得出速度积分匹配方法的性能最优。对于组合参数匹配方法，仿真结果表明，速度加姿态匹配的快速传递对准方法快速性和准确性最好。（3）针对大失准角下传递对准误差模型中的非线性问题，建立了传递对准非线性误差模型，并应用扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filtering, EKF）和无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filtering, UKF）进行了滤波分析。结果表明，UKF与EKF相比，其滤波精度提高了46%以上，对准时间减少了17%。（4）研制了传递对准系统原理样机，并通过跑车实验，验证了MEMS组合导航系统机载传递对准的精度指标，并证明了论文在机载对准匹配方法和非线性滤波问题解决上的有效性。结果表明，在26s的对准时间后，横滚角、俯仰角和航向角的误差精度分别为0.07°、0.19°和0.48°。本文通过对MEMS组合导航系统机载传递对准过程进行理论研究、数字仿真和跑车试验，得到了适合机载MEMS组合导航系统的快速传递对准技术，建立了机载传递对准系统原理样机，研究结果在导航领域有一定的工程应用价值。
郭创, 王金林, 张宗麟, 赵国军[7]2006年在《机载导弹全程飞行轨迹组合传递对准技术》文中研究指明文中引入"速度+姿态矩阵"量测,设计了快速对准卡尔曼滤波器,并对包括起飞过程的全程飞行轨迹组合传递对准进行了计算机仿真,结果表明:全程组合对准技术不仅对速度、姿态航向等误差估计快速准确,而且有利于对惯性器件误差的估计和补偿。
林灿龙[8]2012年在《高动态条件下捷联惯导动基座传递对准并行算法研究》文中进行了进一步梳理动基座传递对准是一种利用主惯导系统的导航解算信息,在对子惯导系统进行一次传递,装订解算初值后,通过一定的信息匹配方法(速度匹配、位置匹配、姿态匹配等)估计并校正子惯导导航解算误差,从而达到子惯导系统初始对准目的的捷联惯导系统对准技术。初始对准误差是高动态情况下惯性导航误差的主要误差来源之一。提高初始对准精度的一种可行的方法是提高其解算速率,本文针对高动态环境下进行传递对准时,由于导航计算机计算能力不足导致的导航精度难以提高的问题,利用FPGA的并行实现能力,设计了一套捷联惯导并行传递对准算法。本文对传递对准的原理进行了阐述,就传递对准原理、匹配方法及对准滤波估计方法展开了讨论,分析了初始对准误差对导航解算精度的影响,并给出了相关的传递对准仿真实验；设计了一种传递对准算法的并行导航解算算法,分析表明该并行算法可将大幅提高航解算的解算频率；设计了一种并行导航解算算的FPGA实现架构；给出了一种基于FPGA的速度加姿态传递对准卡尔曼滤波算法的脉动阵列设计；最后,通过对并行传递对准算法的FPGA实现和分析,验证了该方法的正确性和有效性。本文的主要创新点包括：(1)提出了一种捷联式惯导系统导航解算的并行解算算法,使导航解算算法适用于高动态情况下的高速解算需求；(2)提出了一种并行捷联惯导导航解算算法的FPGA实现框架设计,并在Xilinx Virtex5 FPGA上实现这一设计；(3)采用法捷耶夫算法和脉动阵列技术,通过矩阵补齐方法,设计了一种基于FPGA的一维脉动阵列结构来实现传递对准中的卡尔曼滤波器,提高了卡尔曼滤波器的解算速度,同时降低了其FPGA实现时的资源消耗。
徐林, 李世玲, 屈新芬[9]2010年在《惯性导航系统传递对准技术综述》文中认为传递对准是现代惯性制导武器的关键技术。介绍了传递对准的基本原理,较全面地总结了与传递对准技术相关的理论与方法,包括惯导系统误差模型、匹配方法、可观测性分析、滤波算法、误差补偿技术、仿真和试验方法等,给出了一种可用的传递对准数学模型。围绕传递对准的精确度、速度以及对准算法的鲁棒性,分析和归纳了传递对准技术近年来的进展情况,指出了研究中所遇到的困难,探讨了传递对准技术的发展方向。
钟兴军[10]2013年在《惯性导航系统动基座传递对准误差分析及对准方法研究》文中研究指明由于惯性导航系统具有完全自主性、隐蔽性的突出优点，是现代综合导航系统中的不可或缺的关键导航系统。惯性导航系统的初始对准是其建立导航能力的基础。在动基座条件下，惯性导航系统初始对准一般采取引入外部高精度导航系统信息的传递对准方式。传递对准过程中由于各种误差因素影响，粗对准过程中子惯导建立的姿态阵存在较大误差。如采用传统“速度+姿态”参数匹配方法，在精对准过程中，由于舰船不能在水平方向产生大的加速度，航向对准时间较长，对准精度较差。同时，由于舰船长周期（频率小于0.1Hz）运动难以分解，舰船挠曲变形量难以确定等因素的影响，在舰船平台的传递对准是惯性导航技术中的热点问题。本文对舰船平台上的动基座传递对准技术进行了研究，首先建立了地球基本几何模型，确定了惯性导航的基础参数、坐标关系和基本方程。分析了传递对准过程中子惯导惯性测量单元（IMU）误差、对准初始信息误差和计算误差叁类误差因素，建立了误差模型，利用Matlab/Simulink仿真研究分析杆臂误差给传递对准带来的影响。通过仿真分析可知：1）在杆臂误差较大时，无法完成传递对准；2）对准精度与杆臂误差密切相关，杆臂误差越小，对准精度越高3）杆臂误差小于0.1m时，杆臂误差给传递对准精度造成的影响下降到一个较低水平，基本可以满足动基座传递对准的要求。本文建立了动基座传递对准误差方程，并使用“速度+姿态”以及“方位角+速度”参数匹配方法建立动基座对准状态方程和Kalman滤波器量测。本文提出了引入方位角的传递对准方法，分别在粗对准结果中和精对准过程中引入方位角信息。通过在典型海况条件下的对准仿真可知：在粗对准结果中引入小于1°的方位角信息，以及在精对准过程中引入等效常值零偏为0.5°，随机游走系数为0.1（°） s的方位角信息均可以完成在舰船平台的传递对准，验证了上述两种方法的可行性，确定了引入方位角的精度要求。本文建立的动基座传递对准误差模型简洁、实用，较为准确的反映了各类误差因素。本文提出的引入方位角的动基座传递对准方法，可为舰船平台上的传递对准提供参考。
参考文献：
[1]. 机载导弹的传递对准研究[D]. 乔道鹏. 哈尔滨工业大学. 2008
[2]. 机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D]. 张勤拓. 哈尔滨工程大学. 2010
[3]. 基于“姿态矩阵”量测的机载导弹传递对准技术[J]. 王金林, 陈明, 郭创. 火力与指挥控制. 2005
[4]. 舰载机惯导对准技术研究[D]. 王勇军. 西北工业大学. 2007
[5]. 机载导弹空中二次快速传递对准方法研究[J]. 王司, 邓正隆. 航空学报. 2005
[6]. MEMS组合导航系统机载传递对准技术[D]. 张波. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2014
[7]. 机载导弹全程飞行轨迹组合传递对准技术[J]. 郭创, 王金林, 张宗麟, 赵国军. 弹箭与制导学报. 2006
[8]. 高动态条件下捷联惯导动基座传递对准并行算法研究[D]. 林灿龙. 浙江大学. 2012
[9]. 惯性导航系统传递对准技术综述[J]. 徐林, 李世玲, 屈新芬. 信息与电子工程. 2010
[10]. 惯性导航系统动基座传递对准误差分析及对准方法研究[D]. 钟兴军. 上海交通大学. 2013
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