捷联惯导系统内杆臂补偿方法及试验验证

在实际捷联惯组中,三只加速度计的比力测量对应于不同的点位置,如果直接作为捷联惯导算法的输入,角运动条件下会引起导航误差。对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑内杆臂效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量,建立了加计组合内杆臂补偿的一般模型方程。针对激光捷联惯性组合,设计了简便的试验方法用于辨识内杆臂参数,高强度的摇摆试验表明内杆臂补偿有效地提高了导航精度,速度误差降低达77%以上。

36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001(°)/h和9μg,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1″和3″,二次项误差系数估计精度优于4×10-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。

捷联惯导加速度计尺寸效应误差建模及其标定

高动态条件下,加速度计(简称加计)的尺寸效应将成为捷联惯导系统精确导航的重要误差源。这个误差源于加计组合中三个加计振动中心(有效的加速度测量点)的不重合。从几何角度对加计尺寸效应误差进行了建模。设计了三类基于精密三轴速率转台的加计尺寸标定方案,即匀角速度旋转、匀角加速度旋转和正弦角加速度旋转方案。以旋转过程中捷联惯导系统的速度输出作为量测,利用Kalman滤波器可以实现对加计尺寸系数的有效估计。利用分段定常系统可观性分析方法研究表明,三类旋转标定机动均能使系统状态完全可观测。仿真结果证明了三类标定方案的有效性,而以匀角速度旋转方案估计过程最平稳,以正弦角加速度旋转方案估计精度最高。

捷联惯导加速度计内杆臂误差分析与补偿

针对捷联惯导系统内杆臂误差的估计和补偿问题,提出了一种角度随正弦规律变化的旋转方案。通过推导内杆臂误差与载体角速度和角加速度之间的关系,分析内杆臂误差对捷联惯导系统的影响,基于内杆臂误差模型设计正弦旋转的标定路径,采用分段线性定常系统(PWCS)和奇异值分解(SVD)的方法对系统进行可观测性分析,设计卡尔曼滤波器对内杆臂误差进行估计。仿真结果表明:本文设计的正弦旋转方案使得9个内杆臂误差完全可观;在相同的摇摆频率下,摇摆幅值越大,内杆臂误差的估计精度越高;与两轴联动式误差激励方式相比,滤波估计时间减少50%以上。

惯性测量单元内杆臂标定卡尔曼滤波方法

在高动态环境下,由内杆臂引起的尺寸效应误差是高精度捷联惯导系统的重要误差源之一。从原理上分析了内杆臂误差的产生机理,推导了内杆臂误差的动态误差模型,并结合系统误差模型推导了内杆臂的标定模型,选取考虑了外杆臂误差的速度误差为系统观测量,提出了基于卡尔曼滤波的内杆臂参数辨识方法。试验结果表明,内杆臂标定重复性精度优于2 mm,快速旋转试验中,内杆臂误差补偿后,速度误差减小90%,摇摆试验中的导航精度也得到显著提升。

弹载惯组的杆臂效应补偿

在舰载系统和机载系统,当子母惯导之间存在杆臂长度时,在传递对准中通常先消除杆臂效应误差再进行对准,以提高对准精度。在弹载环境中人们往往忽视杆臂效应,受制于弹体空间的限制,弹载惯组中的加速度计通常根据系统体积最小的原则寻找剩余空间布置,此时三个加速度计测量的是弹体三个不同点的加速度,不但存在外杆臂还存在内杆臂,导致惯组总体的杆臂误差。通过深入分析内外杆臂的形成机理,提出对弹载惯组也应进行杆臂效应误差补偿,对补偿算法进行了仿真和实验研究。系统半物理仿真表明补偿后在某些弹道条件下可以显著提高弹体攻击精度,其攻击目标误差由120m缩小为26 m。

光纤陀螺捷联惯导系统艇上系泊状态自标定方法

从实际工程使用角度出发,提出了一种在系泊状态下的系统级自标定方案,避免了惯导系统在艇上的反复拆装。提出的系统级标定方法设计了15位置转位方案,可以通过Kalman滤波对陀螺仪和加速度计的零次项误差,标度因数误差,安装误差进行精确估计,除了对以上误差参数的估计外,对影响导航精度的内杆臂参数和加速度计正负通道非对称误差也可以进行估计。并根据系泊状态的特殊晃动环境,设计了零相位延迟的低通滤波器从惯导系统的速度解算中得到速度误差,保证了惯导系统在不依赖外界输入条件下完成自标定任务。仿真及实验结果表明,该方法能在系泊状态下准确估计出全部误差变量,且与静基座标定结果相符,具有实际应用价值。