捷联惯导大方位失准角快速初始对准

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基于UKF的捷联惯导大失准角初始对准方法

ｎｖｇｔｎｓｓｅａｉａｉｙｔｍｏ
位置一般很近，且两者之间刚性固定，故可利用ＧＳ辅助捷Ｐ
ａｄｔｅｌｅｒｅｓｒｍｎｍｄ，ｈｍｌｉｄＵｓｅｔａｎＦｌｒＵＦｓｒｓｎｅｒｈＩＳｉｉａａｎｈｎａａｕｅｅｔｏｅｔｓｐｉｅｎｃｎｅＫｌｉｅ（Ｋ）ｉｐｅｅｔｆｅＳＮｔｌ — ｉｍｅｉｆｄｍａｔｄｏｔｎｉｌｎｅｔｏｅｏＡＥｗｔｌｇｉｌｎｎ．ＴｅｍｅｏｆｕｔｌｆｅｂｃｓｏＳＮｉｅＵＦｓｔｅｔｉｍｎｍｄｌｆＱｉｒｅｍｓｉｍｅｔｈｔｄｏｌｐｅｅｄａｋＩＳｗｔｔＫｔｅｓ— ｇｈａａｇｈｍｉｔｈｈａｉ
ｏｓｒｔｈｔｈＩｉａａｉｎｎａｅａｃｍｐｉｈａｄｄｂＳ，ｖｎｉａｉｔｆｅｒｒｒａｈｓ２。ｎ — ｎｔａｅｔａｅＳＮＳｉｔｌｌｍｅｔｎｂｃｏｌｉｅｙＧＰｅｅｚｍｕｈｏｒｏｅｃｅ０，ａｄＵｔｎｉｇｃｓｆ
ｓｎｈｒｅｐｒｃｓｏｌｍｅｔｈｉｈａｉｎｍｅｔａｃａｙｉｖｉａｅｉｇｔｅｅｉｉｎａｉｎｇｎ，ｔｅｈｇｌｇｎｃｕｒｃｓａａｌｂｌ．
ＫＥＷＯＲ：ｎｅａｒｖｈｌ；ｎｔｌａｇｍｅｔｌｒｈＵｓｅｔｄｋｌａｌｒＵＦ）ＳａｄｗｎｒａＹＤＳＵｄｒｔｅｉｅＩｉａｌｎｎａｇｉｍ；ｎｃｎｅａｎｆｔ（Ｋ；ｔｐｏｎｉｅｔｌｗｅｃｉｉｏｔｍｉｅｒｉ

2.捷联惯导系统初始对准——【惯性导航系统】

方法：
古典控制理论设计法、参数辨识法、卡尔曼滤波法等。
‹#
精对准思路
‹#
精对准误差方程简化
x
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R
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g x
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sin
x sin
g y
x
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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。
‹#
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。

第六章光学捷联惯导系统初始对准要点

对准结果
零速
6.2 自对准技术
对准精度分析
N1 g(V& E2DVNE)
E1g(V& N2DVEN)
D g 1 N (V N 3 D V & E 2 2 D V N D E ) E N
6.2 自对准技术
N
E
E g
N
g
D
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E
tgL
N g
光学惯性测量与导航系统
Optic Inertial Measurement & Navigation System
主讲：杨功流教授晁代宏讲师张小跃讲师
电话： 9664，6542-823
第六章光学捷联惯导系统初始对准
6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理 6.2 自对准技术 6.3 传递对准技术
6.2 自对准技术
解析式粗对准
粗对准阶段的首要要求是快速性，对精度的要求较低。在进行解析式粗对准时，要求载车静止，同时要求当地的经度、纬度为已知量。这样，重力加速度g和地球自转角速率在导航坐标系中的分量是确定的常值，在载体坐标系中的分量也可以通过惯性器件测得。通过惯性器件的测量值可以直接计算出初始捷联矩阵。
6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
惯性导航系统是一种积分推算系统，这就需要预先给定积分初始值（包括位置、速度和姿态）。载体的位置与速度初值较易得到，如在静止状态下开始导航时，初始速度为零，也可利用外部数据直接装订。初始姿态值相对而言较难得到，这时需依赖惯导系统的初始对准过程来实现。初始对准的精度、对准时间直接影响导航系统精度和准备时间，所以初始对准技术一直是惯导系统的关键技术之一。
6.2 自对准技术

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。

一种新的捷联惯导快速对准方法

一种新的捷联惯导快速对准方法黄湘远;汤霞清;郭理彬【摘要】为了提高初始对准的速度,将等效加速度计和陀螺误差作为观测量,提出一种快速对准的新方法.在常规方法的基础上,建立了等效加速度计和陀螺误差方程及新的观测方程,并分析了状态可观测度,推导了最优估计及对准精度.最后,进行了仿真,结果表明两者对准精度相当,时间上远远优于常规方法.该方法通过引入陀螺信息,充分利用了外部测量信息,加快了方位失准角的估计速度,有效缩短对准时间,具有重要的应用参考价值.【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2012(032)001【总页数】4页(P17-20)【关键词】初始对准;捷联惯导;等效陀螺;可观测度;奇异值分解【作者】黄湘远;汤霞清;郭理彬【作者单位】装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TJ765.30 引言新型装甲车辆、自行火炮等车载武器平台在作战之前需要进行初始对准，精度和时间是其两项重要技术指标，对准精度影响着惯导系统的性能，对准时间决定快速反应能力，因此要求初始对准精度高、时间短。

卡尔曼滤波方法是初始对准常用方法，在不增加外界设备的前提下，该方法对准精度较高，但是系统可观测性差，使得初始对准时间较长。

为了提高对准速度，文献［1］提出了快速对准法，但是其运用了东向失准角的微分项，要想获得稳态输出仍然需要较长时间。

文中另辟蹊径，将等效加速度计和陀螺误差作为系统观测量，提高陀螺信息的利用率，提出一种静基座条件下快速对准的新方法。

运用奇异值方法进行可观测度分析，并依此推导出算法对准精度。

发现该方法与常规方法对准精度相当，但是大大加快了初始对准的速度，最后通过仿真验证了这种方法的可行性。

1 初始对准方程静基座下，可以对捷联惯导误差模型进行以下假设：由于位置精确已知，可忽略位置误差和重力计算误差；由于对准时间较短，可将惯性器件误差模型近似为随机常值和白噪声［1］。

捷联惯导系统全姿态初始对准方法

2013年第6期导弹与航天运载技术 No.6 2013 总第329期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.329收稿日期：2012-10-21；修回日期：2013-08-12基金项目：民用航天专业技术预先研究项目（D010101）作者简介：刘生炳（1986-），男，工程师，主要从事导航、制导与控制专业研究文章编号：1004-7182(2013)06-0060-04 DOI ：10.7654/j.issn.1004-7182.20130614捷联惯导系统全姿态初始对准方法刘生炳，魏宗康，陈东生，吴涛（北京航天控制仪器研究所，北京100039）摘要：捷联惯导系统开始导航解算时需要初始对准，工程中常用的静基座初始对准方法有基于克雷洛夫角的静基座初始对准、基于克雷洛夫角的四元数初始对准。

前者由于需要首先求解克雷洛夫角，因此存在与旋转顺序相关和不能全姿态工作的问题；后者需要首先求解克雷洛夫角，然后求解四元数，因此同样存在不能全姿态工作的问题。

针对上述问题，提出了一种避免求解克雷洛夫角，直接通过四元数姿态变换矩阵求得姿态四元数的初始对准方法。

仿真验证结果表明：四元数直接求解初始对准方法可以完成捷联系统静基座初始对准，克服与旋转顺序相关的问题，并且可以实现全姿态初始对准。

关键词：捷联惯导系统；静基座初始对准；克雷洛夫角；四元数中图分类号：V448.22 文献标识码：AAll Attitude Initial Alignment of Strapdown Inertial Navigation SystemLiu Shengbing, Wei Zongkang, Chen Dongsheng, Wu Tao(Beijing Institute of Aerospace Control Devices, Beijing, 100039)Abstract: It is necessary to perform initial alignment before using SINS, immobile platform initial alignment based on Krylov angle is usually used in project. However, the method is associated with order of rotation, and is unable to be used in all attitude calculation. The other method used in attitude calculation is quaternion initial alignment based on Krylov angle. As it needs to calculate the Krylov angle at the first step, and then calculate quaternion, therefore this method is also unable to be used in all attitude calculation. In order to solve this problem, a new method that can avoid calculating Krylov angle and directly obtain quaternion through attitude transform matrix is proposed. The simulation result shows that the new method can complete initial alignment in SINS and is independent of order rotation, and also can be used in all attitude initial alignment.Key Words: Strapdown inertial navigation system (SINS); Immobile platform initial alignment; Krylov angle; Quaternion0 引言目前，在捷联惯性系统姿态角解算中主要有以下3种方法：方向余弦法、欧拉-克雷罗夫角法以及四元数法。

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。

车载捷联惯导的快速对准方法

车载捷联惯导的快速对准方法
汤霞清;黄湘远;郭理彬;程旭维
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2012(037)011
【摘要】为了提高初始对准速度,将等效加速度计和陀螺的输出引入到系统的观测量,提出一种静基座条件下快速对准的新方法.首先建立了大方位失准角的非线性误差模型,然后详细推导了基于等效输出的新观测方程,利用奇异值分解方法进行了可观测度分析,并推出了该方法的理论对准精度.最后,进行了计算机仿真和实车实验,证明了该方法的有效性和重复性.该方法充分利用惯性装置自身的可观测信息,在不增加其他设备的基础上有效缩短了对准时间,具有重要的应用参考价值.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】汤霞清;黄湘远;郭理彬;程旭维
【作者单位】装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072;装甲兵工程学院,北京100072
【正文语种】中文
【中图分类】V249
【相关文献】
1.一种里程计辅助车载捷联惯导行进间对准方法 [J], 陈鸿跃;孙谦;刘宇航
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
4.车载单轴旋转激光捷联惯导抗晃动初始对准和零速修正方法 [J], 赵小明;邓东黎;蒋志炜;黄凤荣;孙伟强
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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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、ＺＨＡＮＧＴｉｎｇ，ＷＡＮＧＢｏ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｂｓｅｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＳＩＮＳ／ＧＰＳ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ５ｔｈＷｏｒｌｄＣｏｎｇｒｅｓｓｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，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）：１４５５－１４５９． 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）：５１９－５２２．

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 ⎥ ⎦

捷联式惯导系统初始对准

捷联式惯导系统初始对准惯性技术是惯导(惯性导航与惯性制导)技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及有关设备和装置技术的统称。

惯性导航与惯性制导是当今非常重要的综合技术之一，它广泛用于航空、航海、航天及陆地各领域。

惯性导航系统是和用陀螺与加速度计通过最初的方向基准和位置信息来确定运载体在一特定坐标系内的姿态、位置、速度和加速度的自主式导航系统。

惯性制导系统是利用运载体内部的陀螺、加速度计测量其运动参数，经过计算机发出控制指令，从而把运载体按照预定的路线准确地引导到目的地的制导系统。

自主性是惯性系统最重要的特点。

确定运动对象导航参数的方法和仪器有许多，例如磁、天文、无线电、水声、全球卫星定位系统等等，然而它们都有一个致命的弱点，即不是自主的，不是要向外界发出信息，就是要依赖对外观测信息，而惯性系统与上述诸方法的基本区别就在于是完全自主的，即导弹、潜艇、飞船等可以在一个完全与外界条件以及电磁波隔绝的假想“封闭”空间内实现精确导航。

因此，惯导系统具有隐蔽性好、抗干扰、不受任何气象条件限制的优点，且数据更新速率高，可以提供连续实时的导航参数。

惯性系统在国防科学技术中占有非常重要的地位，因而是世界各工业强国重点发展的技术领域之一。

随着惯性技术的不断发展，许多国家已将其应用领域扩大到现代化交通运输，海洋开发，大地测量与勘探，石油钻井，矿井、隧道的掘进与贯通，机器人控制，现代化医疗器械，摄影技术以及森林防护，农业播种、施肥等民用领域。

惯性技术的发展表明：从传统的机械转子型陀螺向固态陀螺仪(激光、光纤陀螺仪)转移，并进一步向以半导体硅为基本材料的微机械振动陀螺发展；从框架式平台系统向捷联系统转移，从纯惯性捷联系统向以惯性系统为基础的多体制组合导航系统发展，成为今后惯性技术发展的总趋势。

捷联式惯性导航系统，导航用的加速度计是直接捆绑在运载体上，它测量的是运载体坐标系轴向比力，只要把这个比力转换到惯性坐标系上，则其他计算就和空间稳定的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bC，有些资料上称姿态矩阵g为捷联矩阵或方向余弦矩阵bC。

捷联惯导系统方位失准角对准技术研究

中图分类号：ＴＰ３９１，９文献标识码：Ｂ
ＳＩＮＳＡｚｉｍｕｔｈＭｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔＡｎｇｌｅＥｓｔｉｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＤＩＮＧＪｉ — ｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＳｈｕａｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
第３０卷第１期
文章编号：１００６ — ９３４８（２０１３）们一０１３２ — ０
２０１３年１月
捷联惯导系统方位失准角对准技术研究
丁继成，陈帅
（哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要：研究低成本捷联惯导系统中静基座方位失准角对准问题。传统采用的ＭＩＭＵ精度较低，误差模型的非线性化。为改
（ＳＩＮＳ）ｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙｂａｓｅ．ＴｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆＭＩＭＵｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｐｏｏｒａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｉｓｎｏｎｌｉｎｅａｒ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ
ｔｏｍｅｔｅｒ，ａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｌｉｎｅａｒｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｎｅｏｆｉｎｆｅａｌｉｇｎｍｅｎｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｚｉｍｕｔｈｅｒｏｒｏｆｔｈｅｃｏａｒｓｅａｌｉｇｎｍｅｎｔａｓｓｉｓｔｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ．ＴｈｅｓｉｍｐｌｉｉｆｅｄＵＰＦｒｅｃｕｒｓｉｖｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｅｓｅｎ — ｔｅｄ，ａｎｄｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｉｆｌｔｅｒｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｏｒｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅ — ｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔ，ｎｏｍａｔｔｅｒｕｎｄｅｒｔｈｅｌｉｎｅａｒｅｒｏｒｍｏｄｅｌｏｒｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｎｅ，ｔｈｅＵＰＦｉｓｍｏｒｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｎａｌｉｇｎ — ｍｅｎｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｔｉｍｅｔｈａｎｔｈｅＫＦａｎｄＵＫＦ，ａｎｄｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅａｎｄｃｅｒｔａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｆ－

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

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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
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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 )
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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
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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
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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 。
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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。