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。     

单轴旋转SINS轴向陀螺漂移精确标校方法

为提高单轴旋转捷联惯导系统长时间导航精度,提出了一种精确标校轴向陀螺漂移的方法。在静基座条件下分析了轴向陀螺漂移、初始姿态和航向角误差对系统经纬度影响,将水平阻尼网络引入到导航算法流程中以抑制系统舒拉振荡误差。建立了经纬度误差与轴向陀螺漂移、初始航向角误差之间的数学模型,并设计了一种合理的标校流程,采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确标校。对该方法进行了数学仿真与实际系统验证实验。实验结果表明,当系统陀螺漂移误差为0.01(°)/h时,经过12.5 h精确标校后轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.001(°)/h,系统的定位精度优于1.5 n mile/48 h。     

Suppression of the G-sensitive drift of laser gyro in dual-axis rotational inertial navigation system

The dual-axis rotational inertial navigation system (INS) with dithered ring laser gyro (DRLG) is widely used in high precision navigation. The major inertial s...     

捷联惯导四面体冗余配置的双轴旋转调制方法

传统捷联惯导采用三轴正交配置,存在单一传感器故障直接引发整个系统失效,且导航误差随时间累积快等问题。为解决这些问题,提出了一种将四陀螺冗余配置和双轴旋转调制相结合的捷联惯导导航方法。构建多指标约束的冗余优化准则,通过器件级配置方式,设计了基于四面体结构的四陀螺冗余配置方案,并在此基础上引入八次序双轴旋转调制方法,调制3个轴向的等效陀螺漂移。仿真结果表明,所提方法能够实现系统可靠性和导航精度的双重提升,具有重要的工程应用价值。     

舱内动环境对捷联惯导外杆臂误差补偿影响机理分析

分析飞行器舱内复杂动环境对捷联惯导的影响是提高惯性导航精度的技术难题之一。在仅考虑横向振动和线性系统的假设前提下,将舱内捷联惯导等效为简支欧拉梁和阻尼弹簧振子混合系统,给出了舱内动环境条件下的动力学微分方程并求解其响应,得出作为确定性矢量处理的外杆臂随混合系统响应出现随机变化是造成捷联惯导加速度计外杆臂误差补偿不完全的重要原因,结合外杆臂误差的计算方法,推导了其随机变量的数字特征和动环境下误差表达式。在此基础上,通过仿真飞行计算,分析了外杆臂误差补偿不完全对导航迭代解算的影响。     

旋转捷联惯导抗晃动对准方法

为了提高传统车载捷联惯导在晃动基座下短时间内对准精度和抗干扰能力,提出一种基于惯性系多矢量粗对准与旋转调制最优估计精对准相结合的初始对准方法。阐述惯性系对准原理,对比分析惯性系双矢量和多矢量对准特点,建立最优估计精对准滤波模型,研究旋转调制误差抑制机理。通过仿真实验验证:惯性系对准能够克服基座角晃动影响,受线振动干扰影响较大,惯性系多矢量相比双矢量对准更加充分利用量测矢量信息,对准性能更好;旋转调制能够抑制水平器件误差影响,相比单位置对准能够得到更高的对准精度。     

速度约束辅助车载捷联惯导系统零速校正算法

捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system, SINS)动态误差源众多,常规零速校正(zero-velocity update, ZUPT)方法难以取得理想效果。利用车辆正常行驶过程中横向和法向速度为零的约束条件,在考虑惯导系统与载车安装偏差角的基础上,推导了速度约束辅助的ZUPT算法模型。利用光纤SINS进行了2h的车载导航试验,间隔10min停车,零速校正得到的水平和高程定位精度均优于10 m。所提算法可以正确估计安装偏差角、惯性器件误差和初始方位误差,工程实用性强。     

基于AFSA的加速度计误差参数辨识

提出一种在无高精度测试转台的场合下,精确辨识加速度计误差参数的方法。所提方法以静态多位置加速度模方为观测量,以重力加速度模方误差的标准方差为指标,利用人工鱼群算法对加速度计误差进行辨识。对静态24位置进行仿真分析,在此基础上,对实验室自行研制的光纤捷联惯导系统进行加速度计参数辨识,并进行了24 h静态导航试验。仿真和试验均表明,所提方法是一种有效的加速度计参数辨识方法,具有一定的工程实用价值。     

基于矩阵分解的惯导安装误差矩阵解耦方法

针对捷联惯性导航系统级标定中安装误差矩阵存在3组耦合关系问题,提出一种基于矩阵分解的解耦方法。该方法将安装误差矩阵分解为对称误差矩阵和斜对称误差矩阵后,推导其对惯性导航姿态方程和速度方程的影响,揭露系统级标定中安装误差矩阵存在耦合的原因——陀螺仪表组和加速度计仪表组的斜对称误差对误差方程的影响是耦合的,进而提出适当选取体坐标系使得陀螺仪表组的斜对称误差矩阵为0的解耦方法。该解耦方法是一种均值分配方法,与传统解耦方法相比能减少系统运算中的二阶舍项误差。仿真实例说明了该解耦方法是有效的。     

一种新型微惯性测量组合布局误差模型的建立与仿真分析

根据一种适合于高转速载体的微惯性测量组合布局方案,在考虑载体质心和惯性测量组合中心不重合的情况下,建立了具有惯性器件安装方位误差因素的数学模型,并进行了仿真,得到了相应的误差曲线。解决了无陀螺惯性测量系统解析出的角速度比陀螺输出的角速度精度低,误差随时间严重发散的问题,提高了系统精度。

Abstract：

According to a MEMS-IMU configuration that suits high rotation vehicle measure,a mathematic model with the position error was established according to the non-coincidence of the centroid of body and the centric of inertial measurement,the model simulation was completed and the error curve was obtained.The scheme could not only solve the problem that low precision of gyroscope free measurement system compared with conventional gyro measurement system,but also the divergence of error with the time.Therefore,the calculation precision could be improved.     

旋转捷联惯导系统精对准技术

针对惯性器件常值偏差对捷联惯导系统导航精度的影响,提出了一种单轴旋转调制方案并建立该系统误差方程,将系统中陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变化的量。通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵来改善系统的可观测性。利用谱条件数法计算出惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)在静止和旋转状态下捷联系统的可观测度,采用卡尔曼滤波方法实现了旋转捷联系统的精对准。仿真结果表明,IMU旋转状态下的对准方法消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对系统对准精度的影响,大大提高了对准精度。     

基于高斯过程回归的平方根UPF算法

针对系统动力学模型不准确可能导致滤波精度下降,以及系统状态协方差阵可能出现的负定性问题,提出一种新的高斯过程回归平方根分解无迹粒子滤波(Gaussian process regression square-root decomposition unscented particle filter,GPSR-UPF)算法。在该算法中,采用高斯过程回归求取UPF的重要性密度函数。当系统模型不准确时,通过高斯过程回归学习训练数据,进而获取系统的回归模型及系统噪声协方差,同时引入平方根变换抑制系统状态协方差阵的负定性。将提出的GPSR- UPF算法应用到捷联惯导/全球定位系统(strapdown inertial navigation system / global positioning system, SINS/GPS)组合导航系统中进行仿真验证。结果表明,所提出滤波算法的性能优于基本的无迹粒子滤波算法,能提高组合导航系统的解算精度。     

Research on ballistic missile laser SIMU error propagation mechanism

It is necessary that the laser inertial system is used to further improve the fire accuracy and quick reaction capability in the ballistic missile strapdown inertial navigation system. According to the guidance controlling method and the output and error model of ballistic missile laser SIMU, the mathematical model of error propagation mechanism is set up and any transfer environmental function of error coefficient that affects the fire accuracy is deduced. Also, the missile longitudinal/lateral impact point is calculated using MATLAB. These establish the technical foundation for further researching the dispersion characteristics of impact point and reducing the laser guidance error.     

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

针对惯性器件误差对初始对准精度的影响,提出了基于速率偏频激光陀螺捷联惯导系统的快速高精度初始对准算法。首先,研究了初始对准阶段惯性器件的误差特性;然后,建立了激光陀螺标度因数和加速度计零偏的二次非线性误差模型,并对其进行在线估计和补偿;最后,采用卡尔曼滤波方法对激光陀螺零偏残差进行估计,得到系统初始对准姿态矩阵。实验结果表明,该算法可以有效消除激光陀螺标度因数误差、零偏误差和加速度计零偏误差等因素对初始对准精度的影响,初始对准时间为3 min时水平姿态角对准精度为2″,偏航角对准精度优于30″,精度和快速性均得到显著提高。     

加权平均法在GFSINS角速度解算中的应用

针对积分法带来快速误差积累以及开方法存在大量开方运算和符号误判等问题,提出了将加权平均法应用到无陀螺捷联惯导系统(gyro free strapdown inertial navigation system, GFSINS)角速度解算中的新方法。基于一种改进的九加速度计配置方式,推导了两种传统角速度解算方法;采用基于多元统计理论的加权平均法,将积分法和开方法得到的两组角速度通过选择最优权数进行有效数据融合,得到一组误差更小的角速度。仿真结果表明,此方法不仅能消除迭代误差,而且其角速度解算精度比开方法提高了大约1.5倍。     

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。     

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     

捷联惯导系统测量坐标系之间转换矩阵的试验标定

为了分析捷联惯性导航系统的误差特性,试验中往往利用另一精密惯性基准为其提供实时的标准解。由于安装捷联惯导系统的一体性支架存在着加工误差以及两套惯性导航系统之间存在着安装误差。因此,两套惯性导航系纯的测量坐标系难以完全重合,它们之间存在一个坐标转换矩阵。本文根据技术要求设计试验步骤,利用重力场环境标定它们之间的这一转换矩阵,从而建立标准解与捷联惯导系统测量结果的数据联系。     

提升小波在SINS分段快速对准中的应用

提出了一种利用提升小波进行消噪的捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)分段快速对准新方法。该方法首先进行水平精对准,然后利用提升小波算法对陀螺仪的输出信号进行消噪后,快速计算出方位失准角并进行修正,完成对准过程。理论分析和实际系统试验表明:提升小波算法对于光纤陀螺信号具有良好的消噪效果,新方法与传统的Kalman滤波对准方法具有相同的稳态精度,但方位精对准过程中,不需要进行捷联惯导的力学编排,精对准的时间可以缩短至30 s左右。该方法弥补了传统Kalman滤波精对准方法中方位失准角估计速度慢的缺陷,大幅度提高了SINS的初始对准速度。     

基于光电瞄准/SINS组合的在线修正方法

针对陆战装备捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)误差的积累性问题,提出了一种光电瞄准解算测速方法,并将其用于SINS主要状态参数的在线修正。推导了光电瞄准速度解算误差模型,误差分析结果表明,光电瞄准解算测速精度满足修正SINS主要状态参数的要求;建立了光电瞄准/SINS在线修正数学模型,并进行了仿真实验,实验结果表明,通过合理设定动基座的运动状态,所提方法可准确估计出SINS的主要误差状态参数,其中失准角的估计精度可达到1′以内,陀螺漂移误差的估计精度可达到0.01°/h。