基于Simulink的捷联惯导系统圆锥误差的仿真研究

基于Simulink仿真环境建立了捷联惯导系统三轴转台的仿真模型,模拟转台的角振动产生圆锥运动。通过设置陀螺的动态误差系数,对陀螺的动态测量误差产生的圆锥误差进行了仿真研究。分析了陀螺的标度因数误差和交联耦合误差产生的两类圆锥误差:整流误差和伪圆锥误差。提出了根据圆锥误差估计并补偿陀螺的动态误差系数的方法。仿真结果表明经过补偿后,由圆锥误差引起的姿态漂移得到明显改善。     

基于三轴转台误差分析的IMU标定方法

为了减小三轴转台误差对惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)误差模型系数标定精度的影响,提高IMU在三轴转台上的标定精度,首先分析了三轴转台各误差源,给出了陀螺仪和加速度计的输出与转台的位置、姿态误差之间的关系。据此设计了正十二面体-20点的位置和速率试验计划。该方法能同时辨识出IMU的误差模型系数以及转台误差源,自动补偿了三轴转台的误差,提高IMU误差模型系数的标定精度。最后对理论分析结果进行仿真验证,给出了转台误差与IMU误差模型系数标定误差之间的关系。     

半实物仿真中转台指令的形成

本文讨论了在不计及重力与地球自转影响下,阻尼陀螺、捷联惯性测量组合为实物的导弹半实物仿真试验中,转台指令的形成问题。一方面由于三轴转台的转序与描述导弹绕质心转动的运动学方程所采用的转序不同,另一方面由于转台各框的转动范围有限,使得这一问题的解答不一目了然.本文论述了转台复现导弹角运动的实质是复现导弹在惯性空间的角速度,而不是角位置,在此基础之上给出以微分方程形式和坐标变换矩阵形式形成转台指令的两种方法,并进行了验证。     

无陀螺捷联惯导系统中加速度计动态误差分析及补偿

无陀螺捷联惯导系统中,加速度计直接固定在载体上,所以其动态误差对系统精度有显著影响.首先,建立了加速度计动态误差数学模型,给出了动态误差对于九加速度计系统角速度解算的影响,然后,结合三轴转台模型及测试原理,通过网络结构简单、收敛速度快而不存在局部极小值问题的线性神经网络一次性标定了加速度计所有动态误差系数,最后对动态误差标定及补偿结果进行了仿真.仿真结果表明,标定系数的精度随着三轴转台转速的提高而提高,误差标定并补偿后角速度解算精度得到了明显改善.     

捷联惯测组合误差系数分离与补偿方法

为了解决导弹飞行过程中捷联惯测组合误差系数相对于装订值的漂移问题,进一步提高惯性导航精度,提出了一种捷联惯测组合误差系数的分离和补偿方法。该方法利用真空飞行段导弹仅受地球引力和姿态变化引起的惯性力作用这一受力特点,结合惯测组合部分工具误差系数的射前修正,推导加速度计和陀螺仪输出模型零次项和一次项误差系数的分离模型,计算误差系数漂移引起的惯性导航误差并给出修正方法。试验结果表明,采用该方法可减小惯性导航误差约56%,进一步提高了惯性导航精度。     

仿真转台控制系统中的动态鲁棒补偿方法

本文对高精度仿真转台控制系统问题进行研究和分析.文中着重介绍了一种能够克服干摩擦,死区,齿隙,负载变化,干扰力矩等对仿真转台的跟踪精度有影响的动态补偿方法.数字仿真表明,利用这种方法可取得很好的控制效果.     

激光捷联惯导系统动态姿态误差分析与补偿研究

针对激光陀螺捷联惯导系统（LINS）在动态尤其是高频动态环境下的姿态误差显著增大的问题,重点分析了LINS中圆锥误差产生机理、该误差对姿态精度的影响,在讨论补偿算法的基础上,通过试验获取了大量不同环境下LINs输出数据,依据其高动态误差特性和激光陀螺信号输出特性,提出了硬、软件结合的补偿方案。通过仿真与试验结合,给出并比较了LINS在动态应用环境下的姿态与定位精度补偿效果。研究表明,高频圆锥误差是影响LINS动态姿态孝矛发的主要因素之一,只有通过特殊的高频采集方法结合设计优化补偿算法参数,才能从工程上实现对LINS高频圆锥误差的有效补偿。该项研究有效提高了LINS在动态条件下的应用精度,对其能在更广泛的领域中应用起到积极的推进作用。     

基于Backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制

论述了基于backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制。在实验的基础上,提出了飞行仿真转台的动态模型,其中包括动态LuGre摩擦模型。针对此动态模型推导出包括自适应摩擦补偿的backstepping鲁棒控制器。仿真实验证明:闭环系统的输出可以达到渐进跟踪给定的位置参考信号和速度参考信号,克服了转台在使用传统的PID控制器时,其位置波形存在平顶,速度波形存在畸变的缺点。     

三轴加速度计GFSINS安装误差标定与补偿方法

针对由四个三轴加速度计构成的无陀螺捷联惯导系统加速度计的安装误差,根据空间矢量与坐标系关系,提出一种基于矢量模值不变性的位置误差标定方法和一种坐标系旋转变换矩阵的敏感方位误差标定方法,采用同一组转台试验数据先标定出位置误差再在位置误差标定基础上标定方位误差。同时,提出在误差补偿过程中,先补偿敏感方位误差再补偿位置误差的补偿方法,且给出了具体补偿算法。最后,通过仿真验证了标定和补偿方法的可行性。     

光纤陀螺常值漂移误差自补偿方法

光纤捷联惯导系统(SINS)中,光纤陀螺常值漂移是导致SINS导航误差的主要因素.阐述了单轴旋转误差自补偿技术的基本原理,针对传统单轴旋转调制不能补偿与旋转轴平行方向上的陀螺常值漂移误差,给出了一种改进的单轴旋转式惯导系统误差自动补偿方法.将惯性测量组件(Inertial Measurement Unit,IMU)倾斜安装,不与旋转轴正交或重合,理论分析了这种配置方案可以有效地补偿一般单轴旋转方案中不能补偿的光纤陀螺常值漂移误差,从而大大提高系统的导航精度,最后给出了仿真结果.仿真结果表明,改进的单轴旋转方案能够明显的提高惯导系统的精度.     

相对姿态匹配传递对准方法

传统的姿态匹配传递对准需要主、子惯性测量单元 (inertial measurement unit, IMU)分别惯导解算,得到两个姿态向量或姿态阵构造观测量。提出利用主、子IMU输出直接解算主、子IMU之间的相对姿态来构造匹配量的一种新的传递对准方法。首先推导了主、子相对姿态矩阵微分方程,并给出求解方法,得到的相对姿态矩阵计算值与初始相对姿态矩阵相乘作为观测信息;然后推导建立了相对姿态的误差方程,由此给出了传递对准状态空间模型;最后讨论建立了仿真验证环境,仿真结果表明,子陀螺精度为1（°）/h时,子IMU对准精度可以达到3′以内,并在10 s内迅速收敛。该方法同时适用于精确确定大角度或小角度的子IMU相对姿态,为关键位置实时高精度姿态基准的建立提供了技术参考。     

微型三轴气浮台姿态确定系统设计

为建立现代小卫星的姿态确定仿真系统,在微型三轴气浮转台上设计了基于敏感元件组合"MEMS陀螺+倾角传感器"的姿态确定系统。首先,系统采用具有32位浮点运算能力的TMS320F28335为中心处理器,通过CAN总线实时采集低精度输出的MEMS陀螺仪角速度信息和较高精度输出的倾角传感器角度信息,然后用扩展卡尔曼滤波器实时处理角速度、角度信息,得到三轴气浮转台的姿态信息;最后通过数学仿真和物理仿真来验证三轴气浮转台姿态确定系统设计的合理性。实验结果表明,该系统能够滤除MEMS陀螺仪输出的漂移,提高转台角速度测量精度,其均方差由0.01516降低至0.005632;角度输出精度基本保持不变,其均方差约为0.001。这表明系统设计合理,能够提供较高精度的姿态信息,满足小卫星姿态确定系统仿真平台的要求。     

转台外置的空馈式低频寻的制导半实物仿真研究

隐身目标的低频探测与跟踪制导对半实物仿真验证技术提出新的要求。内置转台容易对导引头产生电磁干扰。提出转台外置的空馈式低频寻的制导半实物仿真系统的技术方案,并建立了空馈式低频制导仿真计算模型,采用转台外置彻底消除了转台电磁干扰对导引头的影响。构建了非惯性空间运动的仿真环境,解决了半实物仿真中多重空间的信息融合问题。采用数字仿真的方式完成了仿真方法的可行性验证。验证结果表明转台外置形式可在基本不影响仿真结果的前提下消除对导引头的电磁干扰。     

基于单轴转动的捷联系统粗对准技术研究

阐述了基于单轴旋转的捷联惯导系统误差抑制原理。针对旋转捷联惯导系统的粗对准问题,对比分析了解析法和惯性系粗对准法的本质区别与适用范围,利用惯性系对准过程是动态过程这一性质,提出在旋转捷联惯导系统中引入惯性系粗对准法,并进行理论推导与分析。〖JP2〗在三轴摇摆运动形式下,对单轴旋转捷联惯导系统的粗对准过程进行仿真分析,并与不旋转时的粗对准结果相对比。结果表明,惯性系粗对准过程中,惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的转动调制了惯性器件常值偏差,有效地提高了旋转捷联系统的粗对准精度     

旋转自动补偿捷联惯导系统技术研究

利用旋转法补偿陀螺漂移是提高捷联惯导系统精度的有效途径之一。由于旋转的引入,惯性测量单元中陀螺的常值漂移将被调制成周期性信号,通过积分运算可以有效地消除常值陀螺的漂移影响。提出了一种新的单轴旋转调制方案,对该方案进行了理论推导、分析和仿真。与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明本方案可以消除所有方向上陀螺常值漂移的影响,从而大大提高位置和姿态精度。     

五轴电动转台控制系统设计

五轴转台在寻的制导武器半实物仿真系统中具有突出的优点。介绍了某型五轴电动转台控制系统的设计方案,并详细给出了转台控制系统的软件及相关硬件的设计。本套数字式集散控制系统特点在于采用自主研发的基于ARM的多功能运动控制器,能够满足仿真、控制的硬实时性要求,而且在使用上具有很好的灵活性,便于实现一些复杂的控制算法。     

单轴旋转SINS方位陀螺漂移精确估计方法

为了减小方位陀螺漂移对单轴旋转捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)长时间定位精度影响,提出了一种方位陀螺漂移在线估计方法。对SINS误差参数进行分析,指出东向陀螺漂移和方位失准角精度决定方位陀螺漂移估计值精度。利用优化后的卡尔曼(Kalman)滤波器在线估计SINS失准角并进行补偿,在此基础上进一步使用Kalman滤波器估计惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)误差。进行了转台三轴摇摆和车载行进间验证实验,车载行进间验证实验中,IMU误差估计完成后转入到纯惯性导航,其12 h的定位误差为2.12n mile,系统定位精度满足中等精度单轴旋转SINS长时间导航需求。     

基于SATC-CABP成像模型的天线姿态误差补偿方法

分裂孔径发射配置(SATC)天线体制可取得与传统单站SAR相当的方位分辨率,且更适用于前视探测的运动平台.步进频率信号对相位极为教感,平台的运动误差将导致天线阵的姿态发生变化,使得成像结果出现几何畸变.针对天线阵姿态误差对成像的影响,提出了一种基于分裂孔径发射配置下固定孔径后向投影(SATC-CABP)成像模型的补偿方法,通过传感器获取的姿态倾角修正成像模型中的参敷,可在成像过程中实现天线姿态误差补偿.仿真结果表明,所提出的A-法可得到聚焦良好的成像结果,且可很好地校正由天线阵姿态误差引起的目标成像位王畸变.     

改善机抖温度特性提高激光陀螺精度的方法研究

建立了激光陀螺机械抖动装置的仿真模型,研究了机抖温变特性对激光陀螺输出特性的影响。针对传统抖动控制器的缺陷,提出了一种具有温度补偿作用的机抖自激振荡电路,改进的抖动控制器利用场效应管线性工作区来实现稳定抖动速率的目的。仿真实验结果表明：补偿电路能较好地保持机抖抖动速率的稳定性,从而有效地提高了激光陀螺的检测精度和温度稳定性。