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捷联惯导系统快速罗经初始对准方法研究

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捷联惯导初始对准以及姿态解算

捷联惯导初始对准以及姿态解算

第三部分：基于“存储数据与迭代计算对准”罗经法对准
3.2 罗经法对准过程中的调整策略（以北向通道为例）
g
y
f
p N
1
VN
1
s
R
-
K1
K2 R
K3 s
Control algorithm
cE -
x
1
s
x
-
ie cos L
z
实线所示的北向通道：本质上是一个休拉回路，失准角作无阻尼振荡。
采取的策略：1）引入内反馈环节（虚线）实现衰减振荡；2）引入前馈环节（点画 线）缩短振荡周期；3）引入积分环节（双点画线）消除罗经项的影响。
3.5 SINS罗经法对准如何实现迭代计算？
fˆNn -
b ib
fb cU
Cˆbn
Cˆbn
b ib
Cnbine
Cnbc
cN
fˆ n Cˆbn f b
1
VN
s
1
cE
R
K1
K2 R
K3 s
Control algorithm
上述过程中，可以实现迭代计算。
Page 15
第三部分：基于“存储数据与迭代计算对准”罗经法对准
导航坐标系 n （b）SINS
GINS中的测量数据直接反映失准角的大小； SINS中的测量数据不直接反映失准角；只有投影数据能够反映失准角的大小；相同 的测量数据经过不同的姿态矩阵进行投影，可以获取不同的投影数据。 注：上述均不考虑仪表误差。
对于SINS而言，分析一种理想的情况：仪表无误差，载体无机动，此时在整个对准 过程中，仪表测量数据均相等。整个对准过程，其实只用了一组仪表参数。
3.6 SINS罗经法对准中存储数据如何使用？

捷联惯导系统高度阻尼与罗经对准技术研究

捷联惯导系统高度阻尼与罗经对准技术研究

分类号：密级：U D C ：编号：工学硕士学位论文捷联惯导系统高度阻尼与罗经对准技术研究硕士研究生：张强指导教师：奔粤阳副教授学科、专业：仪器科学与技术论文主审人：王伟教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：U D C ：编号：工学硕士学位论文捷联惯导系统高度阻尼与罗经对准技术研究硕士研究生：张强指导教师：奔粤阳副教授学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Degree of M. EngThe Research on the High Damping and Compass Alignment Technology of SINSCandidate:Zhang QiangSupervisor:Ben Yueyang Associate ProfessorAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpecialty:Instrumentation Science and TechnologyDate of Submission:January, 2018Date of Oral Examination:March, 2018University:Harbin Engineering University哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。

有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。

除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

捷联惯导系统静基座的高精度初始对准方法

捷联惯导系统静基座的高精度初始对准方法
＝
（ ｂ ） ～。
（ ３ ）
就 可获得 粗对 准结 果 ，即姿态矩 阵 ｃ ： 的初 始矩 阵 ：
（ ｇ ） （ ｇ ）
＿＋
ｒ Ｃ Ｃ ｚ
＝
Ｃ ：＝ 【 ｃ ＝ （ ： ）
（ ｒ ） Ｔ
＿
（ ｂ ）
—
Ｉ ｌ Ｃ ： Ｃ 。 ：
ｒ：【 罾 誊×
由于 ｇ系与 ｂ系可通 过矩 阵 Ｃ 进行 转换
（ 誊× ）×香 】 ＝［ ｒ 一 ２ ｒ 一 ３ 】 。
，
（ １ ）
故
ｒ － ｂ
＝
ｃ ： 。
（ ２ ）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
又 由于 与 可 以通 过测 量获 得 ，而 、 、 、 也 都 可 以通 过计 算获 得 ，因此 联立 求解 就可 以
第２ ７卷
第 １期
２ ０ １ ７年 ３月
洛 阳理 工 学 院学 报 （ 自然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｖｏ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． １ Ｍａ Ｌ ２ ０１ ７
捷 联 惯 导 系统 静 基座 的 高 精 度 初 始 对 准 方 法
王雪瑞 ，周 岩
（ 河南工程 学院 计算机 学院，河南 郑州 ４ ５ １ １ ９ １ ）
摘
要 ：针对捷联惯导 系统静基座初始对 准存在精 度低的 问题 ，通过加 速度 计和 陀螺仪获得 重力 矢量和地球 角

双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究

双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究

双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究摘要：针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统在使用过程中存在的初始对准不准确、对准时间过长等问题，本文对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术进行研究。

首先分析了传统初始对准方法的原理及其存在的局限性，在此基础上提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，通过该方法优化了系统的初始对准精度。

同时，还对系统的初始对准时间进行了研究，提出了一种自适应算法，根据系统的实际状况进行相应的调整，实现了较快的初始对准时间。

最后通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，实验结果表明，该方法具有较高的精度和较短的初始对准时间，可以为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。

关键词：双轴连续旋转调制捷联惯导系统；初始对准；旋转矩阵；自适应算法；仿真实验。

1. 引言惯性导航系统是一种基于惯性力学原理进行导航的技术，它具有独立性、连续性和精度高等优点，在军事、航空、航天和海洋等领域都有广泛的应用。

其中，捷联惯导系统是惯性导航系统的重要组成部分，它通过多个惯性传感器的测量和信号处理，实现位置、速度和姿态等参数的估计和更新。

双轴连续旋转调制捷联惯导系统是捷联惯导系统中的一种常见形式，它具有多个优点，如精度高、稳定性好、抗干扰能力强等。

但是，在使用双轴连续旋转调制捷联惯导系统时，必须进行初始对准，以保证系统的工作性能。

通常采用的传统初始对准方法包括水平对准、方位对准和姿态对准等。

但是，这些方法存在一些局限性，如准确度低、对准时间长等。

因此，如何改进双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术，成为了当前研究的热点和难点。

本文针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准问题，提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，并设计了一种自适应算法，可以根据系统的实际状况进行相应的调整，从而实现较快的初始对准时间。

最后，通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。

捷联惯性导航系统初始对准原理

捷联惯性导航系统初始对准原理

第二章 捷联惯导系统的初试对准2.1引言惯导系统是一种自主式导航系统。

它不需要任何人为的外部信息，只要给定导航的初始条件（例如初始速度、位置等），便可根据系统中的惯性敏感元件测量的比力和角速率通过计算机实时地计算出各种导航参数。

由于“平台”是测量比力的基准，因此“平台”的初始对准就非常重要。

对于平台惯导系统，初试对准的任务就是要将平台调整在给定的导航坐标系的方向上。

若采用游动方位系统，则需要将平台调水平---称为水平对准，并将平台的方位角调至某个方位角处---称为方位对准。

对于捷联惯导系统，由于捷联矩阵T 起到了平台的作用，因此导航工作一开始就需要获得捷联矩阵T 的初始值，以便完成导航的任务。

显然捷联惯导系统的初始对准就是确定捷联矩阵的初始值。

在静基座条件下，捷联惯导系统的加速度计的输入量为---b g ，陀螺的输入量为地球自转角速率b ie ω。

因此b g 与b ie ω就成为初始对准的基准。

将陀螺与加速度计的输入引出计算机，通过计算机就可以计算出捷联矩阵T 的初始值。

由以上的分析可以看出，陀螺与加速度计的误差会导致对准误差；对准飞行器的干扰运动也是产生对准误差的重要因素。

因此滤波技术对捷联系统尤其重要。

由于初始对准的误差将会对捷联惯导系统的工作造成难以消除的影响，因此研究初始对准的误差传播方程也是非常必要的。

2.2 捷联惯导系统的基本工作原理捷联式惯性导航系统，陀螺仪和加速度计直接与载体固联，加速度计测量是载体坐标系轴向比力，只要把这个比力转换到导航坐标系上，则其它计算就与平台式惯性导航系统一样，而比力转换的关键就是要实时地进行姿态基准计算来提供数学平台，即实时更新姿态矩阵n b C ，姿态矩阵也称为捷联矩阵。

一般选择地理坐标系为导航坐标系，那么捷联矩阵n b C 也可表示为t b C ， 其导航原理图如图2.1所示。

由惯导系统的工作原理可以看出，捷联式惯性导航系统有以下几个主要优点: 1.惯性敏感器便于安装、维修和更换。

一种快速精确的捷联惯性导航系统静基座自主对准新方法研究

一种快速精确的捷联惯性导航系统静基座自主对准新方法研究

<E = 0
<N = 0
(11)
<U = 0
在精对准过程中 ,除了要尽可能精确地计算出
平台失准角矢量 < ,还需要估计出加速度计和陀螺
仪的输出误差 ,以便在之后的 SINS 力学编排计算中
予以补偿 。通常将加速度计和陀螺仪的输出误差建
模成随机常数 、一阶马尔可夫过程和白噪声的组合 。
如果一阶马尔可夫过程的相关时间足够长 ,那么随 机常数项和一阶马尔可夫过程项就可以等效成一个
根据以上分析 ,并考虑到比力的定义[4] ( f = a
收稿日期 :2006212226 ; 修回日期 :2007204217
134
宇航学报
第 29 卷
- g) , 有
0
f
n ib
=
an -
gn
=-
gn
=
0
(3)
g
以及
0
ωn ib
=
ωn ie
+
ωn eb
=
ωn ie
=
ω ie
co
sφ
(4)
ωie sinφ
+
w gz
式中
·
x
=-β x
x+w x
·
y
=-β y
y+w y
·
z =-βz z + w z
ε x
=
-
βεxεx
+
wε x
ε y
=
-
βεyεy
+
wε y
ε z
= - βεzεz +
wε z
(13)
第1期
周姜滨等 :一种快速精确的捷联惯性导航系统静基座自主对准新方法研究

车载激光捷联惯导系统的快速初始对准方法

车载激光捷联惯导系统的快速初始对准方法

车载激光捷联惯导系统的快速初始对准方法
谢波;裴听国;万彦辉
【期刊名称】《指挥控制与仿真》
【年(卷),期】2004(026)006
【摘要】首先建立了捷联惯导系统的误差模型,并对系统的误差模型进行了可观测性分析,然后针对车载激光捷联惯导系统的特点,采用卡尔曼滤波方法,对姿态误差角进行了估计,给出了方差仿真曲线.通过计算机仿真结果的分析,提出了一种快速估计方位失准角的方法,从而大大缩短了初始对准时间.仿真结果表明将该方法应用于车载激光捷联惯导系统初始对准中是有效的.
【总页数】7页(P64-69,81)
【作者】谢波;裴听国;万彦辉
【作者单位】航天时代电子仪器公司第16研究所,西安,710100;西北工业大学,西安,710072;航天时代电子仪器公司研究院,北京,100854;航天时代电子仪器公司第16研究所,西安,710100;西北工业大学,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TN961
【相关文献】
1.摇摆状态下车载捷联惯导系统初始对准方法研究 [J], 王立冬;鲁军
2.车载激光捷联惯导系统的快速初始对准方法 [J], 谢波;裴听国;万彦辉
3.车载捷联惯导系统静止条件下的初始对准方法研究 [J], 王立冬;蔡玲;鲁军
4.静基座速率偏频激光陀螺捷联惯导系统快速高精度初始对准算法 [J], 张岩;吴文启;张晓强;曹聚亮
5.车载激光捷联惯导系统的快速初始对准及误差分析 [J], 缪玲娟;田海
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动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究

VE RN h
VE RN
h
tan
L
T
(4)
且有陀螺仪的输出关系可知:
n ib
Cbnibb
Cbnibn
n nb
(5)
陀螺仪的实际测量值
b ib
中含有陀螺仪漂移误差 b
:
b ib
b ib
b
(6)
式中, RE 、RN 分别为地球子午圈及子午圈垂直平面的主曲率
半径, L 为当地纬度,ie 为地球自转角速率。 2.2 速度误差方程
考虑姿态误差角 n ,且认为角度不大,当地重力加速度误差不
计情况下的速度误差方程如下:
V n
f
n
( n) f
n
(2ine
n en
)
V
n
(2ine
enn ) V n
(7)
式中:
0 U N
n U
0
E
(8)
N E 0
2.3 位置误差方程
位置误差方程如下[3]:
L
VN RE h
h
VN (RE
图2(a) 失准角曲线
图2(b) 速度误差曲线 220
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陈春歌 刘文超: 动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
2020年第 1 期
到子惯导的加速度、角速度测量精度,文献[1]中研究,舰船杆
臂效应误差引起的系统水平对准误差可达2°～3°,目前常用
的初始对准方法有:测量参数匹配法、计算参数匹配法,由于
舰船杆臂效应、挠曲变形误差的存在,对测量参数的影响不容
忽视,因此常采用计算参数匹配法,计算参数匹配法按照参数

捷联惯导的初始对准

捷联惯导的初始对准

目前有关初始对准问题的研究 主要集中在误差模型的建立、模 型求解方法和误差模型的可观性 分析三个方面。
1.初始对准误差模型：
捷联惯导系统初始对准的误差模型及常用 算法研究的基础模型有Ψ角误差模型和Φ角误 差模型。
2.求解误差模型的方法： (1)古典方法 (2) Kalman滤波 (3) H∞鲁棒控制理论 (4)神经网络
图２中，常规方法约２００ｓ的 时间δΦＵ才能收敛理论精度εＥ／ ΩＮ附近，而快速算法用约５０ｓ 的时间δΦＵ就能收敛到εＥ／ΩＮ。 由于εＥ具有很小的可观测度，使 得δΦＵ随着时间推移会逐渐下降， 但是对对准精度影响不明显。仿真 实验结果说明该快速算法与常规算 法的精度相当，而ΦＵ估计速度大 大优于常规算法，有效提法的精度相当，而对准时间 大大优于常规算法。
1、捷联惯导系统初始对准技术综述（ 作者：洪慧慧 李杰 马幸 曲芸 ） 2、一种新的捷联惯导快速对准方法 黄湘远，汤霞清，郭理彬 （装甲兵工程学院，北京 １０００７２） 3、 万德钧，房建成．惯性导航初始对准［Ｍ］．南京：东南大 学出版社，１９９８． ［２］ 徐晓苏，孙学慧，扶文树．弹载捷联惯导系统快速两位置 自对准［Ｊ］．中国惯性技术学报，２００７，１５（２）：１３９ －１４２． 4、 ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｂｏ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｏｂｓｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＳＩＮＳ／ＧＰＳ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ５ｔｈ Ｗ ｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏ ｎ，ＩＥＥＥ，２００４：１５８４ －１５８７．
5、 秦永元．惯性导航［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６． 6、 高伟熙，缪玲娟，倪茂林．一种引入陀螺角速度信息的快 速对准方法［Ｊ］．宇航学报，２０１０，３１（６）：１５９７ －１６０１． 7、 熊剑，刘建业，赖际舟，等．一种陀螺量测信息辅助的快 速初始对准方法［Ｊ］．宇航学报，２００９，３０ （４）：１４ ５５－１４５９． 8、 汪滔，吴文启，曹聚亮，等．基于转动的光纤陀螺捷联系 统初始对准研究［Ｊ］．压电与声光，２００７，２９（５）：５ １９－５２２．

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究作者：陈春歌刘文超来源：《数字技术与应用》2020年第01期摘要：由于舰船的航行环境及自身机动运动对舰载武器的初始对准精度有直接的作用影响。

本文分析了几种常用初始对准方法，并建立速度匹配法传递对准卡尔曼滤波器模型，对舰船几种典型机动方式下的模型进行了仿真研究。

结果表明，舰船不同机动运动方式下对准效果改善程度不同，速度匹配法传递对准能实现动基座条件下的舰载武器捷联惯导初始对准功能。

关键词：初始对准;速度匹配法;机动运动;舰载武器中图分类号：TN966 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）01-0219-04随着惯性器件的应用和惯性导航技术的发展，舰载武器中也越来越多的应用到惯性制导技术，惯性导航的精度将直接影响到武器的打击能力。

初始对准是进行导航计算的基础，初始对准的精度是影响舰载武器惯性导航系统性能的重要因素。

舰载武器的初始对准可以利用已经对准好的主惯导信息来对准子惯导信息，分为粗对准和静对准过程。

由于舰船在海上航行，运行环境复杂，舰船壳体也经常因波浪撞击产生摇摆震动以及变形等，将直接影响到子慣导的加速度、角速度测量精度，文献[1]中研究，舰船杆臂效应误差引起的系统水平对准误差可达2°～3°，目前常用的初始对准方法有：测量参数匹配法、计算参数匹配法，由于舰船杆臂效应、挠曲变形误差的存在，对测量参数的影响不容忽视，因此常采用计算参数匹配法，计算参数匹配法按照参数的不同又可分为速度匹配法、姿态匹配法、速度+姿态匹配法。

由于主惯导与子惯导信息传输过程中存在延时，文献[2]中认为数据传输延时在舰船机动时主要产生方位误差，对速度的影响不大，但是对姿态影响较大。

舰载武器初始对准要求机动条件下对准时间短、反应快、鲁棒性好，因此综合以上因素，在舰载武器捷联惯导系统传递对准中常采用速度匹配的方法。

本文基于捷联惯导速度匹配传递对准，深入分析了舰船的不同机动运动状态对舰载武器捷联惯导系统传递对准性能的影响情况。

静基座捷联罗经初始对准方法

静基座捷联罗经初始对准方法

2018年10月第5期现代导航·335·静基座捷联罗经初始对准方法张伟1，付泳2（1 中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068；2 火箭军驻燕山电子设备厂军代室，北京 100192）摘 要：本文从分析平台罗经初始对准的原理出发，提出了静基座捷联罗经初始对准的原理并推导了便于软件编程的具体算法，通过对大方位误差角SINS非线性误差方程的简化，推导了粗略方位自对准的算法公式。

关键词：捷联惯导；静基座；罗经；初始对准中图分类号：U666 文献标识码：A 文章编号：1674-7976-(2018)05-335-05Initial Alignment Method of Strapdown Compass on Stationary BaseZHANG Wei，FU YongAbstract：In this paper, starting from the principle of initial alignment analysis platform compass，put forward the principle of initial alignment of strapdown compass on stationary base and facilitate specific software programming algorithm was deduced，based on the azimuth error Angle of SINS nonlinear error equation is simplified，self aligned roughly azimuth algorithm formula was deduced.Key words：Strapdown Inertial Navigation；Stationary Base Compass；Initial Alignment0 引言初始对准是捷联惯性导航系统进行导航的前提，捷联惯导系统的初始对准主要是提供捷联惯导的导航解算所需要的初始姿态矩阵[1]。

捷联惯导静基座快速初始对准方法研究

捷联惯导静基座快速初始对准方法研究
φN ωie sin L ⎞ ⎛εx ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ n′ ⎜ φE ωie sin L =⎜ ⎟ − Cb ⎜ ε y ⎟ (5) ⎜ ⎟ ⎜ε ⎟ −φE ωie cos L ⎝ ⎠ ⎝ z⎠
由于速度由比力的积分获得， 在一定程度上增加加速度计输出误差作为观测量对系统的 可观测性贡献不大。而若把加速度输出误差和角速度误差均增加为观测量，则在Kalman滤 波中将出现9阶矩阵求逆的情形，计算量非常大。 在计算速度满足要求的前提下， 作者将静基座条件下的速度误差和角速度误差同时作为 外部观测信号（文中算法2），提高了系统的可观测性和可观测度，加快了卡尔曼滤波估计 的收敛速度。 观测方程设计如下：
n′
(4)
由于静基座条件陀螺仪输出在地理坐标系的投影为：
n n n n n n ωibE = ωieE =0; ωibN = ωieN = ωie cos L ; ωibU = ωieU = ωie sin L ； n′ n 观测量取为 ωib − ωib ，由此得到量测方程为： ⎛ φUωie cos L − φNωie sin L ⎞ ⎛ ε E ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ n′ n ωib − ωib = ⎜ φEωie sin L ⎟ − ⎜εN ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ε ⎟ −φEωie cos L ⎝ ⎠ ⎝ U⎠
n ib
−φ ⎞⎛ 0 ⎞ ⎟⎜ φ ⎟⎜ ω cos L ⎟ 1 ⎟ ⎟ ω L −φ 1 ⎟⎜ sin ⎠⎝ ⎠ ⎛ φ ω cos L − φ ω sin L ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ φ ω sin L + ω cos L ⎟ ⎜ −φ ω cos L + ω sin L ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ 1 ⎜ = ⎜ −φ ⎜φ ⎝
n b
0 6×3
03× 6 ⎤ ⎥ 03× 6 ⎥ , 0 6× 6 ⎥ ⎦

船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法

船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法

船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法1. 前言- 引言：船舶导航系统的发展及其重要性- 目的：介绍船用捷联惯性导航系统及其快速对准算法的原理和应用- 论文结构：本文共分五个章节，分别为：- 第一章：船用捷联惯性导航系统的概述- 第二章：捷联惯性导航系统的原理- 第三章：捷联惯性导航系统的对准方法综述- 第四章：船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法- 第五章：结论与展望2. 船用捷联惯性导航系统的概述- 船用导航系统的需求- 船用捷联惯性导航系统的定义- 船用捷联惯性导航系统的组成和工作原理3. 捷联惯性导航系统的原理- 加速度计和陀螺仪的原理与特点- 惯性测量单元（IMU）的工作原理和结构组成- 惯性测量误差及影响因素分析4. 捷联惯性导航系统的对准方法综述- 对准的定义及意义- 惯性导航系统的对准方法分类- 对准误差评价指标及优化方法5. 船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法- 快速对准算法的基本思想- 粗对准的实现方法与流程- 精确对准的实现方法与流程- 快速对准算法的实验结果与分析6. 结论与展望- 总结本文的主要研究内容和成果- 展望捷联惯性导航系统在船舶导航领域的应用前景和发展方向。

第一章：船用捷联惯性导航系统的概述1.1 船用导航系统的需求船舶是大海上的移动基地，船舶导航系统对于航行的安全和准确至关重要。

传统的船舶导航系统主要依赖于全球定位系统（GPS）、电子海图和罗盘等设备，但是这些设备都存在着一定的局限性。

首先，GPS在某些地区或气象条件下会受到干扰或信号遮挡，影响船舶的准确导航。

其次，电子海图只能提供基本的航线规划，而无法反映船舶的实际情况。

最后，传统的罗盘系统需要受到地球磁场的影响，导致精度不高。

因此，船用捷联惯性导航系统应运而生。

捷联惯性导航系统是一种基于惯性测量原理的导航系统，通过加速度计和陀螺仪等传感器来测量物体的线性和角速度运动，从而计算出物体的位置、姿态和速度等信息。

捷联式惯导系统静基座快速初始对准方法的研究

捷联式惯导系统静基座快速初始对准方法的研究

捷 联式惯 导系统静 基座快速 初始对 准方法 的研 究
＿ 科所。北测 统到；惯观 （是惯过导算 特惯，天京器 联精的度，法 摘 韩一了技 因下导本系术 中在的 把用 惯度果时统指 此，关，具简 点研京案１于 科导北文扩单 要杨理代有标 导究键其０捷 。初清提８， ，直京。的等 院际统间张 是始 时重 初接想许５ ：院技仪精 系惯１出４ 数统的大状 初系０器度 一对之是态 统最始公要 始导工并 学关术可） 宋雨对康高 与统８司战 种 作， 静准０缩术 对系黄设、 金科一 系重准计 应学准 基，精短 准要航 来。程 用中 座结方 学系 间 实明 的表 大 系初 统 ，
ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｔ ｄ ａ ｉ ｍｅ ｉ ｉ ｌ ，ｅ ｃ ｈ ｒ ｃ ｓ ａ ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ａ ｒ ｈ ｔ ｓｍｐ ｅ ｔ ．Ｔｈ ｉ ｕ ａ ｏ ｅ ｕ ｔ ｅ ｎ ｔ ｔ ａ ｔ ｉ ｆｅ ｔ ｅ ｉ ｉ ａ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｃ ｅｓ ｍ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｄ ｍｏ ｓ ａ ｅ ｔ ｔ ｉ ｓ ａ ｅ ｃ ｉ ｎ ｔ ｌ ｉ ｓ ｒ ｈ ｎ ｖ ｉ ｌ ｇ ｍ ｎ ｈ ｍｅ ｉ ｒ ａ ｖ ｇ ｔ ｎ ｓ ｔｍ ａ ｉ ｎ ｅ ｔ ｃ ｅ ｎｔ ｅｉ ｅ ｉ ｌ ａ ｉ ａ ｏ ｓｅ ， ｓ ｈ ｎｔ ｎ ｉ ｙ
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光学捷联惯导系统初始对准教程课件

光学捷联惯导系统初始对准教程课件

基于滤波理论的初始对准方法
概述
基于滤波理论的初始对准方法主要利用滤波 算法对系统状态进行估计，通过最优估计来 达到初始对准的目的。
优点
滤波算法相对简单，易于实现，且具有一定的鲁棒 性。
缺点
对于非线性系统，滤波算法的精度和稳定性 可能受到影响。
基于机器学习的初始对准方法
概述
基于机器学习的初始对准方法主要利用机器学习算 法对系统状态进行预测和估计，通过学习来达到初 始对准的目的。
优点
机器学习算法可以处理大规模数据，且具有较强的 自适应能力。
缺点机器学习算法的训练和优化过程较复杂，且需要 大量的数据支持。
04
光学捷联惯导系统初始对准实验
实验设备与环境
实验设备
光学捷联惯导系统、计算机、数据采 集卡、电源等。
实验环境
室内、室外均可，需要保证环境光线 的充足，避免强光直射。
实验步骤与操作流程
02 精1. 度分和析稳系定统性输；出的姿态角、速度等数据的
03
2. 比较不同初始条件下系统输出的差异；
04
3. 分析系统误差来源，提出改进措施。
05
常见问题与解决方案
初始对准精度问题
总结词
初始对准精度问题通常表现为对准结 束后系统输出的姿态、位置与真实值 存在较大偏差。
详细描述
解决方案
采取一系列措施来提高初始对准精度， 包括使用高性能的陀螺仪和加速度计、 优化算法以减小误差、实施抗干扰设 计等。
提高初始对准精度的研究重点
优化算法
研究更高效、稳定的算法，提高初始对准的精度 和速度。
硬件优化
改进和优化硬件设备，提高其稳定性和精度，为 初始对准提供更好的基础。

光学捷联惯导系统初始对准详解

光学捷联惯导系统初始对准详解

VN
VU
E N
U
b b b Bx By Bz
Cbn
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
把上式改写成矩阵形式：
g b T g n T n b T n T ie ie Cb b n b T n T g ie g ie
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
对准中仅将陀螺漂移和加速度零偏的 随机常数部分列入状态：
b Bi 0,(i x, y, z )
b i 0,(i x, y, z )
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
取状态变量为：
X VE

按基座运动状态的不同:

静基座对准

动基座对准
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求
按对外信息需求的不同：


自主式对准

非自主式对准
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求

自主式对准指惯导系统依靠重力矢量和地球自
b 的测量值 b 由于在载体系中只能得到 g b 和 ie g
b 和 ie ，按照上式只能计算出 Cbn 的估计值 Cbn 。
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
精对准
经过粗对准后，得到的初始捷联矩阵还不准确，即存在姿 态误差，精对准阶段就是要对姿态角误差做出估计并进行修正， 从而获得准确的捷联矩阵。可以基于第四章和第五章述及的误 差方程和卡尔曼滤波进行姿态误差估计和修正。
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http://www.paper.edu.cn - 1 -捷联惯导系统快速罗经初始对准方法研究1 严恭敏1，严卫生1,2，徐德民1,2 1西北工业大学航海学院，西安 （710072） 2水下信息处理与控制国家级重点实验室，西安 （710072） E-mail：yangongmin@163.com 摘 要：在分析平台罗经初始对准原理基础上，提出了捷联罗经初始对准的原理并推导了适合于软件编程的算法。将捷联罗经对准的具体实现划分为四个阶段：方位角未知情况下的水平对准、粗略方位自对准、重新水平对准和罗经方位对准，通过对大方位误差角捷联惯导非线性误差方程的简化，推导了粗略方位自对准的算法公式。如果导航计算机存储容量足够大并且计算能力足够强，根据捷联惯导系统数学平台多样性和可进行逆向姿态控制的特点，设计了一种用于缩短捷联罗经初始对准时间的具体步骤。最后，试验表明快速捷联罗经对准方案是有效的。 关键词：捷联惯导系统，罗经效应，初始对准，逆向控制 中图分类号：V249.3

1. 引言 平台惯导系统罗经初始对准过程通常可分为两步，先是水平调平，然后是方位对准。方位对准在水平调平的基础上进行，一般采样罗经方位对准方法。方位罗经对准利用的是罗经效应，也就是，在正确的平台跟踪当地地理坐标系的角速率控制指令下，如果平台存在方位轴向的偏差角，平台将产生绕东向轴的倾斜，该倾斜能由北向加速度计感测到，利用北向加速度计的输出并设计适当的控制规律，控制平台方位轴朝减小方位偏差方向转动，实现平台自动寻北。捷联惯导系统初始对准通常可分为粗对准和精对准两个阶段：在粗对准阶段，利用地球自转角速度和重力加速度作为参考量，通过惯性器件的测量输出建立粗略的导航计算坐标系；在精对准阶段，通过现代控制理论最优估计方法估计出失准角，获得准确的姿态矩阵[1,2]。

捷联惯导系统经典解析式粗对准方法难以适应晃动干扰环境，有不少文献研究了晃动基座下的初始对准问题并且也出现一些应用实例，激光陀螺和光纤陀螺的发展和不断成熟为捷联罗经的研究注入了新的活力[3-6]。从本质上说，捷联惯导系统与平台惯导系统是相同的，

前者以数学平台（利用姿态矩阵、四元数或欧拉角等数学工具）模拟后者的实体平台，描述捷联惯导系统相对于参考坐标系的空间方位。平台惯导系统中实体平台具有隔离外界干扰的作用，因而平台罗经能够实现晃动基座下的初始对准，同理，在捷联惯导系统初始对准中也可以根据平台罗经初始对准的特点，建立相应的数学平台隔离晃动影响。经典控制理论与现代最优估计方法相比，前者的优点之一是勿需精确的数学模型与噪声模型，应用经典控制理论进行罗经对准的设计方法已经非常成熟，为捷联罗经对准方案设计提供了大量的参考，然而初始对准时间长是平台罗经的一大缺点。快速初始对准是国内在捷联罗经对准方法研究中亟待解决的一个主要问题，该问题在某些西方国家已得到较好解决，例如法国iXSea公司的OctansIII型光纤陀螺罗经在动态环境下，能在3min内完成初始对准，达到0.2º×sec(L)的精度[5]，成为捷联罗经研究与应用中的佼佼者，它为我们的研究和工程开发目标提供了参考。

本文从分析平台罗经初始对准的原理出发，提出了捷联罗经初始对准的原理并推导了便于软件编程的算法，通过对大方位误差角捷联惯导非线性误差方程的简化，推导了粗略方位

1 本课题得到水下信息处理与控制国家级重点实验室基金（9140C230206070C2306）的资助。 http://www.paper.edu.cn - 2 -自对准的算法公式，根据捷联惯导系统的特点，设计了缩短捷联罗经初始对准时间的具体步骤，通过试验表明快速捷联罗经对准方案是有效的。

2. 平台惯导系统罗经初始对准原理 文中选取“东-北-天”地理坐标系为导航坐标系，记为n系，“右-前-上”坐标系为捷联惯组坐标系，记为b系。

xEa+∇1/s1/R1/s

g

Kx1Kx2/RKx3/s

EVδcyω

yφ

Nεn

sfxf

~

图1 水平对准东向通道

yNa+∇1/s1/R1/s

g

Ky1Ky2/RKy3/s

NVδcxω

xφ

LiezEcosωφε−

nsfyf

~

图2 水平对准北向通道

yNa+∇1/s1/R1/s

g

Kz1Kz2/R

1/s

NVδcxω

xφ

Eεn

sfyf

~

K(s)UεLiecos

ω

czωzφ

图3 罗经方位对准 平台惯导系统的罗经初始对准原理如图1—图3所示。图中各符号的意义为：E∇和N

∇

分别为东向和北向加速度计零偏；xa和ya分别为环境干扰加速度；nsfxf~和nsfyf~分别为东向和北向加速度计输出；Eε、Nε和Uε分别为东向、北向和天向陀螺漂移；Eφ、Nφ和Uφ分别为东向、北向和天向平台误差角；cxω、cyω和czω分别为施加给平台的东向、北向和天http://www.paper.edu.cn - 3 -向控制角速率；ieω、g、R和L分别为地球自转角速率、重力加速度大小、地球半径和当地地理纬度，它们均是已知量；水平对准采用三阶调平回路，方位对准在北向二阶调平回路基础上采用四阶罗经对准回路，在罗经对准回路中可选择]cos)/[()(LωKsKsKiez4z3+=，而)4,3,2,1;,,(==jzyxiKij为对准控制律的调节参数，可根据控制要求设计，例如东向对准通道和方位对准通道调节参数典型选取方法如下： σ3x1=K

，1)/12(/222x2−+⋅=ξωσsK，)/(22x3ξσgK= (1a)

σ2z4z1==KK

，1/422z2−=sKωσ，gK/42z3σ= (1b)

北向对准通道与东向对准通道参数选取方法类似，（1）式中σ、ξ和Rgs/=ω分别为

衰减系数、阻尼比和休拉频率，可根据实际对准的精确性和快速性要求调整衰减系数和阻尼比。

3. 捷联罗经初始对准原理及算法 在捷联惯导系统中以数学平台模拟平台惯导系统中的实体平台，如图4所示，图中nbC

~

为捷联姿态矩阵，起数学平台作用，bibω~和bsff~分别是陀螺和加速度计的测量值；[]T

czcycxcωωω=ω

是施加给数学平台的控制角速率，

[]Tsincos0LLieienieωω=ω

；bsff~经nbC~变换后成为数学平台视加速度输出

[]T~~~~

nsfznsfynsfxn

sffff=f

。

bsfnbnsffCf

~~~

=

])~~~[(~~c×−−=ωCωCωCCbnniebnbibnbnb

󰀅

bibω

~b

sff

~

nsff

~

cω

图4 捷联数学平台 在平台惯导罗经初始对准原理图1—图3中，一部分信号流代表实体平台的运动规律，另一部分信号流表示对准控制规律，将它们移植到捷联罗经对准时，实体平台变为数学平台，而控制规律不变。以东向对准通道为例，由图1中控制规律与图4结合，构成捷联罗经水平对准的东向通道，如图5所示，陀螺和加速度计测量误差隐含在数学平台解算之中。图1与图5中不同的是，前者以平台误差角表示，直观显示了平台误差传递规律，而后者直接以数学平台表示，便于软件算法编程和理解，其实两者在误差传递本质上还是一致的。 http://www.paper.edu.cn

- 4 -bsfnbnsffCf

~~~

=

])~~~[(~~c×−−=ωCωCωCCbnniebnbibnbnb

󰀅

bibω

~b

sff

~

nsfyf

~cx

ω

1/s1/R

Kx1Kx2/RKx3/s

EVδcyω

n

sfxf

~

nsfzf

~

czω

图5 捷联罗经水平对准东向通道 从图5中可以得到控制规律 sVKfVExnsfxE/)~(1δδ−=

(2a)

)///1(32sKRKRVxxEcy++=δω (2b)

假设捷联数学平台的更新时间为sT，实际中对准回路的时间常数一般远远大于s

T，所以可

以直接用一阶差分近似代替微分，将(2)式离散化为

sEkxnsfxkEkEkTVKfVV)~(111−−−+=δδδ (3a)

)//1(32sxxEkcykTKRKRV++=

δω

(3b)

式中...3,2,1=k。同理，由图2和图4结合可构成捷联罗经水平对准的北向通道图6，由图

3和图4结合可构成捷联罗经方位对准图7，并将图6和图7中的控制规律分别离散化为（4）式和（5）式。

1/s1/RKy1Ky2/RKy3/s

NVδcxω

n

sfyf

~

bsfnbnsffCf

~~~

=

])~~~[(~~c×−−=ωCωCωCCbnniebnbibnbnb

󰀅

bibω

~b

sff

~

nsfxf

~

cyωnsfzf

~

czω

图6 捷联罗经水平对准北向通道