为了实现低成本微惯性测量单元(MIMU)的自对准功能、提高自对准精度, 提出了一种基于级联卡尔曼滤波(KCF)的动基座GPS单天线辅助MIMU自对准方法。首先, 对GPS单天线测得的速度矢量随机误差进行了总平均经验模态分解(MEEMD), 信号重构后使用卡尔曼滤波对其降噪解算得到航向角测量; 其次,以基座姿态角和陀螺常值漂移为状态量建立了系统的状态方程, 并融合加速度计和GPS单天线测量信息, 建立了系统的观测方程; 然后, 使用自适应无迹卡尔曼滤波进行信息融合, 实现了基座姿态角的最优估计。经仿真验证对比, 所提算法有效提高了自对准精度。仿真结果验证了所提算法在GPS单天线辅助MIMU自对准中的优越性。
微惯性测量单元 初始对准 总平均经验模态分解 自适应级联卡尔曼滤波 Micro Inertial Measurement Unit (MIMU) initial alignment Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition (ME Adaptive Kalman Cascade Filtering (AKCF)
1 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 广汉 618307
2 国网福建省电力有限公司 电力科学研究院 设备技术研究中心, 福州 350007
3 中国民用航空飞行学院 计算机学院, 广汉 618307
为了解决无人机机载激光雷达采集到的点云数据存在密度高但分布不均匀的现象, 以及绝缘子表面纹理信息不全等问题, 提出了一种基于机载激光点云的电网绝缘子识别方法。首先分析杆塔中不同部位的强度值直方图, 用强度值滤波剔除大部分的杆身点云; 然后采用主成分分析法计算局部点云特征值, 根据特征值构建的局部熵函数和空间分布特性删除冗余的平坦区域点云, 并通过栅格修补的方法避免出现点云空洞; 最后针对传统采样一致性初始配准(SAC-IA)算法精度低和速度慢的问题, 通过增加采样点对的距离约束关系和自适应调整参数改进SAC-IA算法完成绝缘子的位姿估计。结果表明, 该方法能正确高效地识别杆塔中的绝缘子, 运行时间大幅减少, 提取正确率达到95.16%。该研究在无人机自主巡检航线规划中具有良好的应用价值。
激光技术 绝缘子识别 无人机 采样一致性初始配准算法 强度值滤波 主成分分析法 laser technique insulator identification unmanned aerial vehicle sample consensus initial alignment algorithm intensity value filtering principal component analysis
红外与激光工程
2021, 50(10): 20200483
西北工业大学 自动化学院,陕西 西安 710129
针对捷联惯导系统(SINS)大失准角下滤波对准过程中非线性滤波器状态维数过大的问题, 提出了一种基于模型分解的卡尔曼滤波/二阶扩展卡尔曼滤波(KF/EKF2)混合滤波方法, 将基于欧拉平台误差角的非线性滤波模型分解为线性部分和非线性部分, 分别采用线性KF滤波和非线性EKF2滤波处理, 并且设计了混合滤波的滤波步骤。 实验结果表明, KF/EKF2混合滤波算法在计算量、实时性及精度等方面优于最常用的无迹卡尔曼滤波(UKF)和EKF2滤波。
大失准角 初始对准 卡尔曼滤波(KF) 二阶扩展卡尔曼滤波(EKF2) 混合滤波 large misalignment angle initial alignment Kalman filtering(KF) second-order extended Kalman filtering(EKF2) hybrid filtering
北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100101
针对单兵用小型弹药在肩扛状态下产生的扰动导致的动基座初始对准问题, 研究了一种能够减小人体非规则运动产生干扰的初始对准方法。结合惯性制导系统动基座对准的特点, 建立误差模型, 利用加速度计实时采集数据进行粗对准, 并在精对准过程中采用拓展卡尔曼滤波将位置、速度的误差量作为观测量进行估计, 实时更新姿态矩阵, 最后通过每个轴向姿态角协方差分析该方法的精度。结果表明, 使用该方法能够有效地提高单兵用小型弹药的初始对准精度。
肩扛发射式弹药 单兵 惯性制导 人体晃动 初始对准 拓展卡尔曼滤波 shoulder-fired ammunition individual shooter inertial guidance shaking of human body initial alignment EKF
山东科技大学电子信息工程学院, 山东 青岛 266590
初始对准是惯导系统中的关键技术之一, 其对准的时间和精度直接影响惯导系统的工作性能。从建模误差、惯性传感器随机误差、环境扰动及不可预测因素3个方面分析了当前惯导系统初始对准的研究难点, 然后从传统两阶段、非线性对准、基于优化的对准3类对准方法以及运动对准方面重点阐述了当前初始对准的研究进展。在进一步的研究中, 将人为操纵因素表述为扰动融入误差模型, 结合新型强跟踪滤波器处理水下非线性非高斯噪声等方法,有望使惯导系统初始对准的速度、精度和适用性实现新的提升。
惯性导航 初始对准 运动对准 inertial navigation initial alignment motion alignment
火箭军工程大学导弹工程学院, 陕西 西安 710025
激光捷联惯组(LSIMU)在工作环境下受测量噪声干扰大,尤其是小型激光陀螺仪,不能精确识别地球自转角速度,导致捷联惯导系统无法准确、快速对动基座进行初始对准。针对该问题,提出了一种基于小波卡尔曼级联滤波的LSIMU动基座初始对准算法。仿真对比实验结果表明,相比其他初始对准算法,本算法可以有效提高初始对准精度、减小姿态角对准误差,将全球定位系统辅助激光捷联惯导系统的初始对准精度从10''提高到了5''以内,且方差最小,可以使对准误差更稳定、快速的收敛。
激光技术 激光陀螺 初始对准 激光捷联惯导系统 小波卡尔曼级联滤波 双天线 中国激光
2020, 47(12): 1201008
1 哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨理工大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
对里程计辅助的车载激光捷联惯导系统(SINS)的动基座初始对准问题进行了可观测性分析。首先,考虑里程计刻度系数误差、惯性测量单元零偏、SINS安装误差角等系统误差项建立了系统方程。然后,从系统方程出发,将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解的问题,利用全局可观测性分析方法对系统状态进行了可观测性分析,并给出了一种系统可观测的充分条件。最后,根据可观测性分析结论设计了初始对准算法及在轨激励方式。通过扩展卡尔曼滤波器对里程计辅助的车载激光SINS初始对准进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析结果的正确性。
激光技术 捷联惯导系统 初始对准 里程计 可观测性 非线性系统 中国激光
2018, 45(12): 1201007
1 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
2 中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心, 上海 200233
3 上海应用技术大学 计算机科学与信息工程学院, 上海 201418
星敏感器标定是基于更高精度的测量基准对光学系统内方位元素进行建模与最优化解算的过程。针对大视场星敏感器光学系统误差分布非理想轴对称的实际情况, 提出了一种采用视场网状分区域建模的内方位元素最优化解算方法。首先, 在补偿了星敏感器与标定系统初始对准误差后, 基于针孔模型计算主点和焦距; 然后, 在视场分区域建模思想的指导下, 采用多项式拟合结合双线性插值的方法修正畸变; 最后, 提出了基于测角误差的标定精度评价准则。经实验室标定与外场观星验证, x轴与y轴标定残差较全局建模法分别降低了35%和20%, 证明了该方法的有效性。
大视场星敏感器 分区域校正 双线性插值 测角误差 初始对准误差 star tracker with large field of view zone-division calibration bilinear interpolation measurement angle error initial alignment error 红外与激光工程
2017, 46(10): 1017006
1 郑州航空工业管理学院信息管理中心，郑州 450046
2 河南工业贸易职业学院信息工程系，郑州 450000
为了解决存在干扰或较大噪声的情况下,利用陀螺信息实现捷联惯导系统（SINS）快速初始对准，首先引入了带高斯噪声等式约束的卡尔曼滤波算法（QECKF），建立了基于QECKF算法的SINS初始对准模型;然后，从车载捷联惯导系统的实际特征出发，提出首先使用IIR低通滤波器降噪，再通过模糊判据结合QECKF算法和卡尔曼滤波（KF）两种滤波方法，该方案实现了陀螺信息的最优化应用以达到快速对准的目的;最后，试验表明在系统受发动机和人员操作的扰动下，该算法相比于常规KF估计将速度提高了近25%，解决了在噪声较大时基于扩展观测量的方法估计发散问题。
捷联惯导系统 初始对准 抗干扰 陀螺信息 等式约束 SINS initial alignment anti-disturbance gyros information equality-constrained
