船用捷联惯性导航系统惯性系快速对准算法
捷联惯性导航系统的解算方法
捷联惯性导航系统的解算方法捷联惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性测量单元测量物体的加速度和角速度，然后通过对这些测量值的积分计算出物体的速度和位置的导航系统。
INS广泛应用于航空航天、无人驾驶车辆和船舶等领域，具有高精度和自主性等特点。
INS的解算方法一般分为初始对准、运动状态估计和航位推算三个主要过程。
初始对准是指在启动导航系统时，通过利用外部辅助传感器（如GPS）或静态校准等方法将惯性传感器的输出与真实姿态和位置进行初次校准。
在初始对准过程中，需要获取传感器的初始偏差和初始姿态，一般采用标定或矩阵运算等方法进行。
运动状态估计是指根据惯性传感器的测量值，使用滤波算法对物体的加速度和角速度进行实时估计。
常用的滤波算法包括卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和粒子滤波等。
其中，卡尔曼滤波是一种最优估计算法，通过对观测值和状态进行线性组合，得到对真实状态的最佳估计。
扩展卡尔曼滤波则是基于卡尔曼滤波的非线性扩展，可以应用于非线性INS系统。
粒子滤波是一种利用蒙特卡洛采样技术进行状态估计的方法，适用于非高斯分布的状态估计问题。
航位推算是指根据运动状态估计的结果，对物体的速度和位置进行推算。
INS最基本的航位推算方法是利用加速度值对速度进行积分，然后再对速度进行积分得到位置。
但是，在实际应用中，由于传感器本身存在噪声和漂移等误差，导致航位推算过程会出现积分漂移现象。
为了解决这个问题，通常采用辅助传感器（如GPS）和地图等数据对INS的输出进行校正和修正。
当前，还有一些先进的INS解算方法被提出，如基于深度学习的INS 解算方法。
这些方法利用神经网络等深度学习模型，结合原始传感器数据进行端到端的学习和预测，以实现更高精度的位置和姿态估计。
综上所述，捷联惯性导航系统的解算方法主要包括初始对准、运动状态估计和航位推算三个过程。
其中，运动状态估计过程利用滤波算法对传感器的测量值进行处理，得到物体的加速度和角速度的估计。
2.捷联惯导系统初始对准——【惯性导航系统】
古典控制理论设计法、参数辨识法、卡尔曼滤波法 等。
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精对准思路
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精对准误差方程简化
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粗对准精度一般在数角分至数十角分，视基座晃动大小。 方位对准精度受基座运动干扰更大，且高纬度地区误差大。
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四、精对准
目的：
在基座存在晃动干扰时，精确修正姿态矩阵。
思路：
在粗对准基础上，通过对惯性器件的输出和重力加 速度、地球自转角速度信息进行滤波，精确地确定姿 态矩阵。
捷联惯性导航系统的解算方法课件
02
CATALOGUE
捷联惯性导航系统组成及工作 原理
主要组成部分介绍
惯性测量单元
包括加速度计和陀螺仪，用于测量载体在三个正交轴上的加速度 和角速度。
导航计算机
用于处理惯性测量单元的测量数据，解算出载体的姿态、速度和 位置信息。
控制与显示单元
用于实现人机交互，包括设置导航参数、显示导航信息等。
工作原理简述
学生自我评价报告
知识掌握情况
学生对捷联惯性导航系统的基本原理、解算 方法和实现技术有了深入的理解和掌握。
实践能力提升
通过实验和仿真，学生的动手实践能力得到了提升 ，能够独立完成相关的实验和仿真验证。
团队协作能力
在课程项目中，学生之间的团队协作能力得 到了锻炼和提升，能够相互协作完成项目任 务。
对未来发展趋势的预测和建议
捷联惯性导航系统的解算 方法课件
CATALOGUE
目 录
• 捷联惯性导航系统概述 • 捷联惯性导航系统组成及工作原理 • 捷联惯性导航系统解算方法 • 误差分析及补偿策略 • 实验验证与结果展示 • 总结与展望
01
CATALOGUE
捷联惯性导航系统概述
定义与基本原理
定义
捷联惯性导航系统是一种基于惯性测量元件（加速度计和陀螺仪）来测量载体（如飞机、导弹等）的加速度和角 速度，并通过积分运算得到载体位置、速度和姿态信息的自主导航系统。
01
高精度、高可靠性
02
多传感器融合技术
随着科技的发展和应用需求的提高， 捷联惯性导航系统需要进一步提高精 度和可靠性，以满足更高层次的应用 需求。
为了克服单一传感器的局限性，可以 采用多传感器融合技术，将捷联惯性 导航系统与其他传感器进行融合，提 高导航系统的性能和鲁棒性。
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1. 引言1.1 研究背景传统的捷联惯导系统在动基座条件下存在着诸多挑战，如基座的姿态变化、振动等因素会影响系统的捷联性能和初始对准精度。
研究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准成为当前研究领域中的一个重要课题。
为了提高舰载武器系统的精确打击能力和战场生存能力，有必要深入研究动基座条件下捷联惯导系统的初始对准问题，探讨解决方案，优化系统性能。
这不仅对提升我国的军事实力具有重要意义，还对推动捷联惯导技术的发展和应用具有重要意义。
开展动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究具有重要的实践意义和战略意义。
1.2 研究意义本研究旨在探究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准的问题，具有重要的实际意义和军事价值。
通过对捷联惯导系统的研究，可以提高舰载武器的打击精度和命中率，从而提升海军舰队的作战效能。
研究动基座条件下的挑战和解决方案，对于提升我国军事科技水平具有重要意义。
随着军事技术的不断发展和更新换代，对舰载武器系统的研究和改进势在必行，本研究将为我国海军现代化建设提供重要的技术支持。
本研究具有重要的实际意义和战略意义，对于提高海军舰队的作战效能和保障国家安全具有重要意义。
【内容结束】2. 正文2.1 动基座条件下舰载武器捷联惯导系统简介动基座条件下舰载武器捷联惯导系统是一种集成了捷联惯导技术的舰载武器系统，在对抗复杂环境下能够实现高精度打击目标的能力。
该系统由动基座、惯导系统和传感器组成，可以实现对目标的精确识别、跟踪和打击。
动基座可以根据目标的运动状态和环境变化实时调整武器的姿态，从而提高武器的打击精度和生存能力。
捷联惯导系统则能够利用惯性传感器和GPS等技术实现对目标的精确定位和引导，确保武器能够准确命中目标。
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统是一种先进的武器系统，具有高度的精度和灵活性，能够有效应对复杂多变的作战环境，对提高舰载武器的作战效能具有重要意义。
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。
船用捷联惯导系统的快速阻尼导航算法
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ Ｏ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｃ ｈｕ ｌ ｅ ｒ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｃ ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｆｏ ｕ ｃ ａ ｕ ｌ ｔ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｃ ｏ ｓ ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ —
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捷联式惯导系统初始对准方法研究
捷联式惯导系统初始对准方法研究一、本文概述随着导航技术的不断发展，捷联式惯导系统（StrapdownInertial Navigation System, SINS）已成为现代导航领域的重要分支。
由于其具有自主性强、隐蔽性好、不受外界电磁干扰等优点，被广泛应用于军事、航空、航天、航海等领域。
然而，捷联式惯导系统的初始对准问题是其实际应用中的一大难题。
初始对准精度的高低直接影响到系统的导航精度和稳定性。
因此，研究捷联式惯导系统的初始对准方法具有重要意义。
本文旨在深入研究和探讨捷联式惯导系统的初始对准方法。
对捷联式惯导系统的基本原理和组成进行简要介绍，为后续研究奠定基础。
对初始对准的定义、目的和重要性进行阐述，明确研究的重要性和方向。
接着，重点分析现有初始对准方法的优缺点，包括传统的静基座对准、动基座对准以及近年来兴起的智能对准方法等。
在此基础上，提出一种新型的初始对准方法，并对其进行详细的理论分析和仿真验证。
通过实验验证所提方法的有效性和优越性，为捷联式惯导系统的实际应用提供有力支持。
本文的研究内容对于提高捷联式惯导系统的初始对准精度、增强其导航性能和稳定性具有重要意义。
所提出的新型初始对准方法有望为相关领域的研究提供新的思路和方向。
二、捷联式惯导系统初始对准理论基础捷联式惯导系统（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）的初始对准是其正常工作的前提，对于提高导航精度和长期稳定性具有重要意义。
初始对准的主要目的是确定惯导系统载体在导航坐标系中的初始姿态，以便为后续的导航计算提供准确的基准。
捷联式惯导系统的初始对准过程涉及多个理论基础知识，包括载体运动学、动力学模型、误差分析以及滤波算法等。
载体运动学模型描述了载体在三维空间中的姿态、速度和位置变化，是初始对准过程中姿态解算的基础。
动力学模型则用于描述载体在受到外力作用下的动态行为，为误差分析提供了依据。
在初始对准过程中，误差分析是至关重要的。
测量船用捷联惯导动基座快速粗对准技术_孙伟
种通过隔离 载 体 运 动 改 善 系 统 对 准 精 度 的 惯 性 系 对 准 方 并实现测量船系泊状态粗对准过程 。 案，
１ 基于重力和地球自转角速度的粗对准法
传统的解析粗对准方法就是利用加速 度 计 测 量 的 重 力
ｂ ｂ 和陀螺仪输出的 地 球 自 转 角 速 度ω 加速度 ｇ ｉ ｅ与它们在导 ｎ 航坐标系上的投影ｇｎ 和ω ｉ ｅ之 间 的 坐 标 转 换 关 系 来 确 定 系
２ 惯性系粗对准原理
２． １ 对准方案的提出与常用坐标系定义 针对解析粗对准在载体动态环境 下 存 在 适 用 性 问 题 ， 同时根据重力加速度在基座惯性系上的投影 变 化 缓 慢（ 变 化周期仅为地球自转 周 期） 的 特 点， 提出了在惯性系下实 现系统姿态信息初 始 化 的 方 法。连 接 在 同 一 个 惯 性 测 量 单元的陀螺仪和加速度计具有同步性， 而陀螺仪可敏感扰 动产生的干扰角速度， 因此加速度计的输出转换到基座惯 性系时有效地分离 载 体 摇 摆 产 生 的 干 扰 加 速 度。由 于 荡 运动产生的干扰， 加速度计输出的加速度信息在基座惯性 系下投影包含重力 加 速 度 和 扰 动 加 速 度。对 惯 性 坐 标 系 下的加速度进行积分 可 消 除 测 量 船 的 周 期 荡 运 动 产 生 的 干扰， 此时仅剩下相对纯净的重力加速度的积分值。通过 结合基座惯性坐标系 下 的 速 度 实 现 惯 性 坐 标 系 与 基 座 惯 性坐标系间转换矩 阵 的 求 取。依 据 陀 螺 仪 输 出 建 立 实 时 的载体坐标系与惯性坐标系间的转换矩阵， 结合载体位置 与惯性导航系统的运行时间进一步确定 Ｓ Ｉ Ｎ Ｓ的 初 始 姿 态 矩阵。
： ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｉ ｓ ｄ ｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ Ａ － ｐ ｇ ｇ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｉ ｉ ｓ ｏ ｎ ａ ｓ ｗ ｉ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｓ ｓ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｇ ｐ ｐ ｙ ｙ ｇ
舰船捷联惯导系统粗对准方法研究
2009年第28卷第5期传感器与微系统( Transducer and M icrosystem Technologies)15舰船捷联惯导系统粗对准方法研究3于飞1 , 翟国富1 , 高伟2 , 李倩3( 1. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江哈尔滨150001;2. 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江哈尔滨150001; 3上海交通大学空天科学与技术学院, 上海200240)摘要: 提出适合于舰船系泊、锚泊状态下的捷联惯性导航系统惯性凝固粗对准方法。
在惯性凝固坐标系和惯性坐标系上对重力向量分别进行积分,并利用重力向量随地球旋转在惯性空间的方向变化信息,粗略计算初始捷联姿态矩阵。
该方法通过积分抵消掉舰船线性位移引入的干扰加速度,同时,避免了舰船姿态摇摆引入的干扰角速度。
仿真分析表明:在舰船系泊、锚泊状态下,惯性凝固粗对准方法比较传统算法优势明显。
关键词: 捷联惯性导航系统; 惯性凝固; 粗对准; 捷联姿态矩阵中图分类号: U 666. 1 文献标识码: A 文章编号: 1000 - 9787 ( 2009) 05 - 0015 - 04 Research on coarse a lignm en t for vessel strapdown inertia l3nav i ga tion systemYU Fei1 , ZHA I G uo2fu1 , G AO W ei2 , L I Q ian3( 1. School of E lectr ica l E ng ineer ing and Automa tion, Harb in In stitute of T echnology, Harb in 150001, Ch ina; 2. College of Automa tion, Harb i n E ng ineer ing Un iversity, Harb i n 150001, Ch ina;3. In stitute of Aerospace Sc ience and T echnology, Shangha i J iaotong Un iv ersity, Shangha i 200240, Ch ina )Abstract: The inertial concretionary coarse alig nm ent of strapdown inertial navigation system ( S IN S) is p ropo sedfor the condition that the vessel moor along the dock or on the sea. The gravity vector is integrated on the inertialfram e and inertial concretionary frame respectively. And the method utilizes the direction variation of gravity vecto rfor the earth rotation. The strapdown attitude matrix is estim ated. The advantage of the p roposed method is thedisturbed accelerate aroused by liner disp lacem ent that are w iped off and rotation velocity by sway are avo idedeffectively. The simulation and analysis show that the p ropo sed inertial concreted coarse alignm ent is superior tothe conventional one.Key words: strapd own inertial navigation system ( SINS) ; inertial concreted; coarse alignment; strapdown attitudematrix0 引言粗对准以较快的速度粗略地确定出从载体坐标系到导航坐标系的初始捷联矩阵,为精对准作好准备[ 1 ] 。
捷联式惯性导航系统初始对准扰动补偿控制算法
第3期
2010 年 5 月
Journal of Jilin University ( Engineering and Technology Edition)
吉林大学学报( 工学版)
Vol. 40
No. 3
May 2010
捷联式惯性导航系统初始对准扰动补偿控制算法
张荣辉1 , 王海玮2 , 贾宏光3 , 陈
方程可以表示为
第3期 D VE = (
#
张荣辉, 等: 捷联式惯性导航系统初始对准扰动补偿控制算法 VN VF VE t an U)D V E + ( tan U+ R R R VE e cos U + 22 X )D VF + R
# 813 #
2
e sin U 2X )D VN - (
基于 Backstepping 算法的吸引 控制
b b b
等。单通道频域校正法在各通道独立时
1 E 1 E iE D X q+ D q XiEC 2 2
E b b
( 6)
E
具有好的补偿作用 ; 极点配置法或滤波法解决了 多通道耦合问题, 但其局限在于对扰动误差的适 应能力比较差 , 难以满足工程需要。本文首先建 立系 统 初 始 对 准 的 扰 动 控 制 数 学 模 型 , 基 于 Backstepping 和 H 2 最优控制理论研究捷联惯导 系统初始对准中的扰动补偿控制方法 , 以提高系 统的导航精度。
精密机械与物理研究所 , 长春 130033)
涛3 , 张
跃3
( 1. 浙江师范大学 工学院 , 浙江 金华 321004; 2. 吉林大学 交通学院 , 长春 130022; 3. 中国科学院 长春 光学
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。
捷联惯性系统初始对准研究
研究生签名：
导师签名：歪望塾日期：至ＱＱ鱼生圣县
东南大学硕士学位论文
第一章绪论
１．１课题背景
由于捷联惯性系统具有较高的精度、良好的可靠性、轻巧的体积、低廉的价格等特点，因此， 很多舰载武器系统，如舰炮、雷达、导弹等均在其附近安装了捷联系统为其提供姿态基准信息。但 是另一方面，为适应现代战争的需要，越来越多的武器系统被研发出来，并且陆续装备到现代舰船
ａｔｅ
ｄｅｆｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｕｐｄａｔｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｏｆ ＳＩＳ ａ糟ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｄｙｎａｍｉｃｓ
ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ａｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｅｎ＇ｏｒ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＳＩＳ ａ∞ ｄｅｒｉｖｅｄ． ２．Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｉｔｉａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ
船体速度在导航坐标系上分别沿东、北、天方向的投影 纬度、经度 子午线曲率半径、与子午线垂直的法线平面的曲率半径
东向速度误差 北向速度误差 东向失准角 北向失准角 天向失准角
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纵摇角误差 横摇角误差 航向角误差 ｚ向加速度计偏置 Ｙ向加速度计偏置
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Ｌ．彤＆
Ｘ向陀螺漂移 Ｙ向陀螺漂移
不需要其它外部信息，自主性强。非自主对准可通过机电或光学方法将外部参考坐标系引入系统，
使平台对准至导航坐标系。在捷联式惯性系统的粗对准阶段，可引入主惯性系统的航向姿态信息，
第六章 惯性导航系统的对准
初始对准的目标：精度高，时间短。在尽可能短的 时间内达到最高的对准精度，是捷联惯导初始对准 技术所追求的目标。捷联惯导的初始对准就是确定 初始时刻的姿态矩阵，即数学平台。
6.1 基本原理
捷联惯性导航系统的初始对准分类：
按照对准阶段来分，初始对准一般分为:
第一阶段为粗对准;捷联系统粗对准的任务是得到粗略的捷
联矩阵，为后续的精对准提供基础，此阶段精度可以低一些， 但要求速度快; 第二阶段为精对准。精对准是在粗对准的基础上进行的， 通过处理惯性敏感元件的输出信息，精确校正计算的导航坐 标系与理想导航坐标系之间的失准角，使之趋于零，从而得 到精确的捷联矩分，可以分为静基 座对准和动基座对准。静基座对准时运载体是不动的， 而动基座对准是在运载体运动状态下完成的。 按照初始对准时是否取得外部信息，可以分为自对 准和非自对准。自对准是利用重力矢量和地球自转角 速率矢量通过解析的方法实现的初始对准，这种对准 方法的优是自主性强，缺点是所需的对准时间长。非 自主式对准可以通过机电或光学方法将外部参考信息 引入系统，实现惯性系统的初始对准。
第六章 惯性导航系统的对准
6.1 6.2 6.3 6.4 基本原理 地面对准 空中对准 海上的对准
6.1 基本原理
对准：确定惯性导航系统中各坐标轴相对于参考坐 标系指向的过程。 对准过程的类型：利用陀螺罗经的自对准 子系统相对基准的对准
对准过程主要是确定由加速度计轴定义的直角坐标 系相对于给定的参考坐标的指向角
6.1 基本原理
捷联系统初始对准首先是利用外部信息或由惯性测量组件提供 的信息粗略地确定出捷联矩阵。由于没有考虑到惯性测量元件 的测量误差等的影响，这时给出的捷联矩阵与真实的捷联矩阵 之间存在误差，相应于实际的地理系与理想的地理系之间存在 失准角，造成加速度计测量的比力经过捷联矩阵转换后在地理 坐标系的水平方向有分量。初始对准就是应用这个信息来不断 地估计水平失准角 的。 当数学解析平台有方位失准角 时，则地球自转角速率分 量。 . 就藕合到解析平台的东轴上，就使数学解析 平台绕东西轴旋转，从而产生水平倾角 。为了使解析平台 保持水平，必须在东西轴上加一个控制信号，从而使数学解析 平台稳定在地理坐标系上。
惯导原理捷联惯导基本算法与误差课件
由于陀螺仪和加速度计随时间变 化的稳定性问题导致的偏差，这 种误差通常需要通过实时滤波和 数据融合技术来减小。
05
提高捷联惯性导航精度的策
略
采用高性能的惯性传感器
陀螺仪
陀螺仪是惯性导航系统中的重要组成部分，能够测量载体在三个轴向的角速度。 采用高性能的陀螺仪可以提高捷联惯性导航系统的精度。
粒子滤波是一种基于贝叶斯推断的非线性滤波算法，能够处理非线性、非高斯系统。采用粒子滤波可以提高捷联 惯性导航系统在复杂环境下的性能。
利用外部信息进行修正
GPS修正
全球定位系统（GPS）是一种高精度的导航系统，能够提供准确的位置和时间信息。利用GPS信息对 捷联惯性导航系统进行修正可以提高其精度。
无线通信修正
利用无线通信网络，接收外部信息对捷联惯性导航系统进行修正可以提高其精度。例如，接收差分 GPS信号、无线电导航信号等。
06
捷联惯性导航发展趋势与挑
战
技术升级与改进
器件性能提升
随着微电子、精密制造等技术的 进步，捷联惯性导航系统的器件 性能得到不断提升，为实现更高
精度的导航提供了基础保障。
算法优化
04
捷联惯性导航误差分析
系统误差
零偏误差
由于陀螺仪和加速度计的 制造和安装偏差导致的固 定偏差，这种误差通常很 难通过校准消除。
刻度系数偏差
由于陀螺仪和加速度计的 刻度系数不准确导致的误 差，需要通过校准消除。
安装误差
由于陀螺仪和加速度计在 系统中的安装位置不准确 导致的误差，这种误差通 常很难通过校准消除。
随机误差
陀螺仪随机漂移误差
由于陀螺仪内部的热噪声和机械噪声导致的随机偏差，这种误差通常需要通过 滤波和数据融合技术来减小。
一种船用捷联惯导系统二次快速对准方法[发明专利]
![一种船用捷联惯导系统二次快速对准方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/14a6f7eaa6c30c2258019ea1.png)
专利名称：一种船用捷联惯导系统二次快速对准方法
专利类型：发明专利
发明人：孙枫,夏健钟,曹通,奔粤阳,高伟,周广涛,徐博,张永刚,于强,吴磊
申请号：CN201310115826.8
申请日：20130403
公开号：CN103245357A
公开日：
20130814
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供的是一种船用捷联惯性导航系统二次快速对准方法。
系统预热后连续采集光纤陀螺仪和石英挠性加速度计输出数据，对采集数据进行处理完成捷联惯导系统的粗对准。
粗对准结束后进入第一次精对准，建立船用捷联惯性导航系统误差方程，利用速度误差作为观测量进行卡尔曼滤波获得失准角估计值，并对船体姿态进行补偿。
在第一次精对准的基础上，利用已补偿的姿态作为参考姿态，将残余失准角扩充为新的状态变量，采取速度加失准角误差匹配方法，进一步完成水平和方位对准。
采用本发明的方法可以在保证对准精度和快速性的要求下，实现对水平加速度计零偏的准确估计。
申请人：哈尔滨工程大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室国籍：CN
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捷联惯性导航系统的解算方法
R.
Yb'' Yb
Yb
H'
N
cos Psin
sin P cos P cos
R R
欧拉角微分方程
Zb Z b'' U ' PZ b
b nb
——表示载体坐标
系相对地理坐标系的角
速度矢量在载体坐标系
轴向的分量构成的列矩
阵。
H. R.
O
2010-03-19
P.
HPR
ER X'
X b'' b X
nbbx b nby
k
b b
b:载体坐标系 n:地理坐标系
b
同一个矢量r，如果写成地理坐标系轴向分量形式：
r X nin Yn jn Zn k r nT 由于r是同一个矢n量n ，故
X Y
n
rn
n
Zn
in
n
jn
kn
r bT b r nT n
b
C
b n
n
由于正交阵，故
rb
C
b n
r
n
r bT r
b n
ib (ib in )in (ib jn ) jn (ib kn )kn cos(ib in )
jb ( jb in )in ( jb jn ) jn ( jb kn )kn
kb (kb in )in (kb jn ) jn (kb kn )kn
2010-03-19
kn k
in
b
kb
n
kn
n kn
n ijn
kn
n
ib kn
j
bn
kb kn
船用捷联惯导系统在系泊状态下的快速初始对准方法
船用捷联惯导系统在系泊状态下的快速初始对准方法
程向红;万德钧;房建成
【期刊名称】《船舶工程》
【年(卷),期】1997(0)6
【摘要】建立了捷联惯导系统（SINS）的误差模型，并利用PWCS理论对系统模型进行了可观测性分析。
在可观测性分析的基础上提出了一种快速估计方位失准角ψυ的方法，从而大大缩短了系泊状态下初始对准时间，提高了对准速度。
最后，通过计算机仿真证明了该方法的有效性。
【总页数】5页(P38-42)
【关键词】捷联惯导;可观测性分析;系泊对准;船舶
【作者】程向红;万德钧;房建成
【作者单位】东南大学
【正文语种】中文
【中图分类】U675.92
【相关文献】
1.船用捷联惯性导航系统在系泊状态下快速初始对准与标定 [J], 何昆鹏;许德新;吴简彤;程万娟
2.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
3.一种AUV捷联惯导系统动基座快速初始对准方法 [J], 崔凯兴;周徐昌
4.一种AUV捷联惯导系统动基座快速初始对准方法 [J], 崔凯兴;周徐昌
5.船用捷联式惯导系统初始对准及对陀螺随机常值漂移估计方法的研究 [J], 徐晓苏;万德钧
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２１ ０ ２年 第 ２期
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｈ ｐ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ ｇｎ ｅｉｇ
Ｖｏ ２ Ｎｏ ２ Ｌ３ ．
４ ９
船 用捷 联 惯 性 导 航 系统 惯 性 系快 速 对 准 算 法
柴 永 利 张
且对准精度满足 中等精度捷联惯导系统要求 。 关键词 捷联惯性导航系统 ；快速对 准 ； 阶调平 回路 ；加权求平均 三
Ｕ６ ６ １ ６ ． 中 图分 类 号
Ｆａ ｔＡｌ ｎ ｅ ｔＡｌ ｏ ｉｈ Ｂａ ｅ ｎ Ｉ ｅ ｔａ ｒ ｍｅ ｆ ｒ Ｓ ｉ ｂ ａ ｄ Ｓ ＮＳ ｓ ｉ ｍ ｎ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｎ ｒ ｉ ｌＦ ａ ｏ ｈ ｐ ｏ ｒ Ｉ ｇ
ｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｉａｉｎ ｌａ ｃ ｌｒｔｏ ｎ ｔ ｅｂ ｓ ｎ ｒｉｌ ｒ ｍｅｉ ａｃ ｌｔｄ ｄｒ ｃｌ ｎ ｍ ｏ ｔ ｄ ｂ ｓｄ ｏ ｈ ｖ ｒｇ ｌｏ ｉｈ ｂ ｉ — ｉ ｆｔ ｅｇｒｖｔ ｔ ａ ｃｅｅ ａｉｎ ｉ ｈ ａ ｅｉｅ ｔａ ａ ｓｃ ｌｕａ ｅ ｉｅ ｔｙ ａ ｄ ｓ ｏｈｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｅａ ｅａｇ ｒｔ ｍ ｙ ｗｅｇｈ ｏ ｏ ｆ ｔ ｇ．Ａｃ ｏ ｄｎ ｏｔ ｒ ｖｔｔｏ ａ ｃ ｅｅ ａｉｎ ｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｏ ｉｇｍ ｏｉｎ ｉ ｈ ｎ ｒｉｌｆａ ｅ ｙｕｓｎ ｈｅｉｆ ｒ ｔｏ ｆｔ ａ ｉａｉｎ ｌ ｉ ｎ ｃ ｒ ｉｇｔ ｈｅｇ ａ ｉａｉｎ ｌ ｃ ｌｒ ｔ ｒ ｓｎ ｓｔ ｅｃ ｎｎ ｔ ｎｔ ｅｉｅ ｔａ ｒｍ ，ｂ ｉｇｔ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｏ ｈｅｇｒｖｔｔｏ ａ ａ ｏ ｏ
ｅ ｐｅｉ ｎ ｓｕｓｄ ｔ ａｉａ ｅｔ ｅｆａ ｉｉｉ ｆｔ ｅａｉｎ ｎ ｔ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈｅｐ ｅ ｉｉｎｏｆ ｈ ａ ｔｉｉｉｌ ｌ ｎ ｅ ｔ ｘ ｒｍｅ ｔｉ ｅ ｏｖ ｌ ｔ ｈ ｅ ｓｂｌｔ ｏ ｈ ｌ ｍｅ ｔｍｅｈｏ ． ｄ ｙ ｇ ｐ ｒｍｅ ｔｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ，ｔ ｒ ｃｓｏ ｅｆｓ ｔ ｉ ｍ ｎ ｔ ｎ ａａｇ
Ａｂｓ ｒ ｃ Ｉ ｒ ｅ ｏｓ ｔｓｙｔ ｅｒｑ ｉｅ ｎｔ ｆｒ ｐｄａ ｄ ｐ ｅ ｉｅａｉｎｍｅ ｏ ｈｐ ｏ ｒ ｔａ ｄ ｗｎｉｅ ｔａ ｖｇ ｔ ｎ ｓ ｓｅ （ Ｉ ）， ｔａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ａｉｆ ｈ ｅ ｕｒ ｍｅ ｓｏ ａ ｉ ｎ ｒｃｓ ｌ ｇ ｎｔｆｒｓ ｉｂ ａ ｄｓｒ ｐ ｏ ｎ ｒｉｌ ｎａ ｉａｉ ｙ ｔｍ Ｓ ＮＳ ｏ
ＣＨＡＩ Ｙｏｎ ｌ ｇｉ ＺＨＡＮ Ｇ ｎ Ｘｉ ＺＨＡＮＧ 。 Ｂｏ
（１ ＣｈｎａＡｉｂ ｒ ｅＭ ｉｓｌ ａ ｅ ． ｉ ｒ ｏ ｎ ｓ ｉ Ａｃ ｄ ｍｙ，Ｌｕ ｙ ｎ ４ １ ０ ）（ ． ｌｅ ｅｏ ｔ ｍａ ｉｎ，Ｈａ ｂｎ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｎｖ ｒ ｉ ｅ ｏａｇ ７ ０ ０ ２ Ｃｏｌｇ ｆＡｕ ｏ ｔｏ ｒ ｉ ｇｎ ｅ ｉ Ｕ ｉｅｓｔ ｎｇ ｙ，Ｈ ａｂｉ １ ０ １ ｒ ｎ ５ ００ ） （ ． ｔｏ ｈｎ ｐ ｌ ｅＬａ ｚ ｏ ｓＴｒｎ ｐ ｒａｉｎ Ｓ ｂ Ｃｏ ａ ｙ，Ｌａ ｚ ｏ ７ ０ ７ ） ３ Ｐｅｒ ｃ ｉａＰｉｅｉ ｎ ｈ ｕＧａ ａ ｓ ｏ ｔｔｏ ｕ ｍｐ ｎ ｎ ｎｈｕ ３ ０ ０
ａｇｏ ｉｈ ａ ｈ ｅ ｅ ｈ ｄ ｕ ｎ ｖｇａ ｉ ｎ ａ ｃ ｒ ｃ ｅ ｕｉｅ ｎ ｎ ６ ｍｉ ｔ ｓ ｌ ｒ ｔ ｍ ｃ ｉｖ ｓ ｔ ｅ ｍｅ ｉ ｍ ａ ｉ ｔｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｒ ｑ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｎｕ ｅ ．
阶调平 回路进行水平精对准 ， 直接计算 出重力加速度在基座惯性 坐标系下 的投 影 ， 并采用 加权求 平均算法对 重力加 速度 的投影 进行平 滑。 最后根据惯性系下重力加速度慢速 圆锥变化的特性 ， 利用平滑后的重力加速度 实现舰 载捷联惯 导快速初始对准 。对所提出的快速对准算 法
进 行 了仿 真 ， 利 用 系 泊 实 验 进 一 步 验 证 了 惯 性 系 快 速 对 准 方 案 的 可 行 性 。结 果 表 明 ， 提 出 的快 速对 准 方 法 在 ６分 钟 内完 成 了 初 始对 准 ， 并 所
ｔ ｅｆｓ ｌ ｎ ｎ ｌｏ ｉ ｍ ａ ｅ ｎ ｉｅ ｔ ｌ ｒ ｍｅｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｔｈ ｉ ｒ ｅ ｖ ｌ ｇ ｌｏ ｓｄ ｆｒｌ ｅｉｇａｉｎ ｎ ， ｈ ｎｔ ｅｐ ｏｅ — ｈ ａ ｔ ｉ ｍｅ ｔ ｇ ｒ ｈ ｂ ｓｄ ｏ ｒｉ ａ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｇ ａ ｔ ｎ ａｆ ｓ ｅｔ ｒ ｏ ｄ ｒ ｅ ｅｉ ｐｉ ｕ ｅ ｖ ｌ ｌ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｊｃ ｈ ｄ ｌ ｎ ｏ ｓ ｏ ｅ ｎ ｇ ｈ
（． 国空空 导 弹研 究 院 １中 洛阳
鑫 章
哈 尔滨
波。
１００）３ 中 国石油 管道 兰州 输 气分 公 司 ５０ １（． 兰州 ７０ ７） ３００
４１０ ）２ 哈尔 滨工 程大 学 自动 化学 院 ７０ ０（．
摘
要
为满足船用捷联惯性导航系统对准快速性和精 确性的要 求 ， 提出一 种系泊条件下 的捷联惯导系统快速初始对准方法。利用 三
ａ ｃ ｌ ｒ ｔｏ ｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｎ ｗｈｉｈ ｈ ｓｂ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｃ ａ ｅ ｎ ｓ ｏ ｈ ｄ，ｆ ｓ ｌｇ ｍｅ ｔｆ ｒｓ ｐ ｏ ｒ Ｉ ｓａ ｃ ｍ ｐ ｉｈｅ ．Ｔｈ ｌ ｎ ｎ ｅ ｈ ｄ ｉ ｉ ｌ ｔ ｄ ａ ｏ ｉ ｇ ａ ｔａ ｉ ｎ ｎ ｏ ｈｉ ｂ ａ ｄ Ｓ ＮＳ ｉ ｃ ｏ ｌ ｓ ｄ ｅ ａ ｉ ｍｅ ｔｍ ｔ ｏ ｓ ｓｍｕ ａ ｅ ｎｄ ａ ｍｏ ｒｎ ｇ