空间稳定惯性导航系统中陀螺仪漂移模型系数的辨识

陀螺仪的漂移误差是空间稳定惯性导航系统的主要误差源,对漂移模型系数的准确辨识是保证系统实现长时间、高精度自主导航的关键．独立标定陀螺仪的数据无法全面反映陀螺仪在系统中的特性,必须在系统中实现对陀螺仪漂移模型系数的辨识,为此,分析了系统稳定平台坐标系随动于陀螺坐标系的运动过程,推导出稳定平台的运动微分方程,建立了以陀螺仪漂移模型系数为状态变量的系统方程；以平台上加速度计的输出为观测量,采用扩展卡尔曼滤波器对陀螺仪漂移系数进行估计．仿真实验结果表明,新的陀螺仪漂移系数辨识方法是有效的和准确的．     

陀螺随机漂移率统计特性的分析

本文对一个两自由度液浮陀螺以等时间间隔抽样取得的绕水平轴和方位轴的随机漂移率数据各601个,进行丁处理和分析,并对它们的数学模型作了初步的识别.分析结果表明:a.陀螺随机漂移率的自相关函数是由非平稳的斜坡函数和平稳的马尔柯夫过程组合而成.b.一次差分后的陀螺随机漂移数据是正态分布的.它们可以分成两部分:一部分是平稳的随机过程,而另一部分是由随机游动及滑落所组成的非平稳过程.     

陀螺随机漂移的神经网络预报方法研究

针对惯性导航系统中陀螺仪的漂移特性,在时间序列分析及神经网络理论的基础上提出了一种时间序列神经网络结构,并采用此种网络模型对某捷联惯导系统中所用的陀螺仪漂移数据进行了预报。预测结果表明,这种预测方法对于陀螺漂移建模及预报是可行的。     

惯性平台测漂方案的研究

陀螺仪的漂移是空间稳定惯性导航系统的主要误差源,对漂移模型系数的准确辨识是保证系统实现长时间、高精度自主导航的关键.给出了一种利用三轴高精度伺服转台提供多个测试位置,使惯性平台工作在相应位置下,并处于惯性稳定状态的静态6位置测漂方案.三轴转台的使用提高了多位置测量时,平台测漂位置的精确度.建立了包含陀螺仪漂移、地球自转、安装误差角等因素在内的平台漂移数学模型.对平台漂移误差参数的辨识方法进行了阶段性分析,取加速度计和欧拉角的输出作为观测量,建立了平台漂移误差模型的状态方程和输出方程.从理论上分析了影响陀螺安装误差角辨识精度的主要因素,提出了转台相对地面存在角速率条件下的辨识方案改进的思路.     

方位保持仪姿态误差补偿技术

给出了陆用惯性导航系统方位保持仪的误差补偿方法.在方位保持仪纵轴和横轴方向安装2个互相垂直的加速度计,测量载体的俯仰角和横滚角,采用多组坐标变换将姿态角、地球自转角速度和重力分别投影到陀螺坐标系,结合动力调谐陀螺仪漂移与重力相关的特性,分析了与重力一次项相关的漂移分量,分别从支架误差、地球自转分量和陀螺仪与重力相关漂移3个方面对方位保持仪进行误差补偿.实验结果表明,采用上述方法进行误差补偿的方位保持仪,漂移小于0.06°/h.     

基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计和补偿方法

陀螺仪的漂移误差是影响惯性导航系统的姿态测量精度的重要因素。常用的陀螺漂移估计及航向角误差修正方法需要用磁强计或GPS等外部传感器的辅助数据来实现,存在室内、磁干扰等环境下应用受限的问题。对此该文提出了惯性测量单元旋转的改进方法。该方法在测量过程中对陀螺仪施加独立于物体运动的特定旋转,通过旋转前后不同姿态下陀螺仪和加速度计输出的倾角数值,得到惯性测量单元漂移估计。实验表明,该估计算法可有效地提高航向角的测量精度。     

基于小波模糊神经网络的陀螺仪故障诊断技术

为了提高陀螺仪故障检测灵敏度，分析了陀螺漂移特性，指出随机漂移是影响陀螺仪精度的主要漂移误差，也是影响性能可靠性的主要因素．针对此，提出了一种小波模糊神经网络故障诊断模型．此模型运用串联方式将小波分析、模糊逻辑和神经网络融合在一起，充分发挥它们各自的优点，并对陀螺仪实测数据仿真．仿真结果表明，采用小波分析提取陀螺的常值漂移，简单有效；运用神经网络对陀螺的误差和故障建模，使故障诊断具有自适应、自学习的能力，并互增强了故障诊断的容错能力；将模糊逻辑用于判决中，使判决结果更加可靠．     

陀螺随机漂移指数相关模型的分析

本文对一个两自由度液浮陀螺的水平随机漂移数据进行统计计算,建立陀螺随机漂移的自相关模型,并在最小二乘意义下对模型的参数进行了估计.分析的结果表明:指数相关的陀螺随机漂移过程是平稳的,它的概率分布是高斯的,并具有—阶马尔柯夫过程的特性.     

近似非线性滤波在陀螺漂移误差模型辨识中的应用

提出了应用近似非线性滤波技术，辨识陀螺漂移误差模型的方法。这一方法可以由伺服法测试数据中分离出陀螺漂移误差曲线，并通过粗精两种估计，能精确地辨识出陀螺误差模型。对静电陀螺仪实验数据分析结果表明，文中提出的方法完全能满足高精度陀螺仪漂移误差模型的建模要求。     

惯导系统初始对准时一种陀螺仪测漂方案

对于长时间运行的惯导系统，陀螺仪的漂移是最主要的误差源，陀螺仪漂移中，一部分是确定性和可预测的，这部分漂移在惯导系统出厂前可以进行标定并补偿，另一部分是随机的，其数学模型有关文献已有详细的讨论。本文要研究平台惯导系统螺仪漂移，在初始对准时一种测定方案及具体数学关系的推导。     

基于模糊信息融合的自平衡机器人姿态角补偿方法

为了简便、精确地获得自平衡机器人运行中的状态信息,提出了模糊信息融合的方法对机器人的姿态角进行补偿。首先,根据传感器的工作原理,以及对实验数据的分析建立了陀螺仪漂移误差的数学模型,对其零点随机漂移误差进行了初步的标定。然后根据陀螺仪和倾角传感器各自的误差特性,以及导致这些误差的原因,设计了一个双输入单输出的模糊融合器,将设计的融合器应用到两轮自平衡机器人系统中。实验结果表明系统误差得到了很好的改善,从而表明所设计的模糊融合器是有效的。     

二自由度液浮陀螺弹性变形漂移力矩的试验和分析

陀螺是惯性导航系统的主要元件。它的漂移误差直接影响整个系统的精度。陀螺在加速度作用下的弹性变形,是产生漂移误差的主要因素。作为漂移测试的一种方法,一般只对陀螺作主轴的极轴翻滚,因而只能测定弹性变形漂移力矩中的一部分。本文提出的方法,是对陀螺进行两条轴的极轴翻滚试验,从而可以确定全部的弹性变形力矩。文章给出了试验力矩方程式的推导,并根据实验所得数据,对减少弹性变形力矩的问题进行了分析。     

小波滤波方法在光纤陀螺惯导系统初始对准中的应用

光纤陀螺捷联惯导系统(FOG SINS)初始对准的精度直接影响到系统的导航精度,而光纤陀螺的随机漂移则是影响系统初始对准精度的重要因素。对小波分析的理论进行深入的研究,将多种小波滤波方法应用于光纤陀螺随机漂移数据的处理中,并对小波滤波结果进行对比,选定出在工程应用中最佳的小波滤波方法,应用Allan方差分析对该方法进行性能评估,并将此小波滤波方法应用于初始对准试验中,对试验结果进行分析,验证了最佳小波滤波方法的先进性。     

姿态稳定用双轴陀螺仪

研究用于姿态稳定系统的双轴液体动力陀螺仪.介绍了陀螺仪的基本工作原理,由建立的陀螺仪力矩方程推导出陀螺仪的数学模型.用速率突停的方法测试陀螺仪的输出信号,并根据试验结果建立了简化的系统传递函数.由简化传递函数可以看出,陀螺仪的输出信号中既有载体的角度信息又有角速度信息,两分量的大小取决于时间常数的大小.     

陀螺随机漂移ARMA模型的建立

本文讨论了陀螺仪漂移数据的预处理及统计特性分析,提出了用极大似然法建立陀螺漂移的ARMA模型.通过数字仿真表明,本方法的估计精度不低于其它方法,且可使用微型计算机来进行处理。     

垂直陀螺180°回转伺服变结构PID控制

为减小垂直陀螺仪的漂移,提高平台罗经系统精度,设计了垂直陀螺180°回转伺服控制系统,采用变结构PID校正网络和角速度数字控制器,实现垂直陀螺仪精确角位置伺服控制和接近匀速的回转．实验结果表明,采用变结构比例、积分、微分(PID)控制方法,可以使旋转机构在0°和180°位置精确定位,有效减小陀螺仪漂移．在对系统动态性能要求不高的情况下,该方案能将稳态绝对误差控制在30″以内,满足设计精度要求．     

光纤陀螺零偏温度补偿的实验研究

为光纤陀螺因温度效应而产生的零偏提供一种补偿方法,针对自行研制的光纤陀螺仪的零值漂移,根据实验数据,建立一种温度补偿模型,采用最小二乘法拟合计算出所需的修正系数对其预测补偿.补偿结果表明:光纤陀螺经模型补偿后零偏基本可以减少一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,补偿效果明显.     

灰色系统理论，数据预处理及其应用

运用灰色系统理论,建立了动力调谐陀螺漂移和温度之间的数学模型,以补偿热漂移,提高动力调谐陀螺的使用精度。将状态估计与不良数据辨识理论作为数据预处理技术应用于灰色系统建模,以观测数据为依据进行状态估计,避免了常规建模中观测数据与实际数据同等对待的弊端。对数据作检测与辨识,使剔除不良数据后的状态估计结果更为精确,以提高灰色系统建模精度。     

陀螺漂移的卡尔曼滤波和最优平滑估计

本文论述两自由度液浮陀螺漂移模型的简化与采用卡尔曼滤波和最优平滑方法对漂移数据进行处理。研究结果表明:简化的漂移模型能反映出漂移的主要分量——随机斜坡和一阶马尔可夫过程;应以卡尔曼滤波或最优平滑估计误差的均方根误差的稳定值作为长时间工作的陀螺漂移均方根误差的评定值。     

捷联惯性导航系统信号降噪分析与设计

利用ARM技术,设计捷联惯性导航系统,在整个系统中,首先要对加速度传感器、磁场传感器、陀螺所输出的信号进行采样并进行滤波,尤其对陀螺的信号进行处理过程中,首先要设计一个高性能低运算量的低通数字滤波器,合理设计信号调制电路,可以提高敏感器件的工作效率和有效的抑制了器件本身所引起的零位漂移.因此,整个捷联惯性导航系统设计的稳定性将得到很大的提高.