捷联惯导系统IMU误差特性分析

为了优化捷联惯导系统惯性测量单元性能,首先,从惯性导航系统工作原理出发,细致梳理捷联惯导误差模型,对惯性测量单元常见误差源分类,重点分析主流民航客机机型捷联惯导惯性测量单元的误差特性;然后,对由5个直线段和4个转弯组成的矩形起落航线,在无误差的理想模式和设置导航级捷联惯导惯性测量单元误差参数模式,分别进行轨迹仿真;最后,在飞行轨迹的姿态、速度、位置误差三维方向对比分析。结果表明,IMU误差诱使飞行轨迹随时间有偏离趋势,高度误差波动始终非常平稳,水平方向误差在一定时间后大幅度发散,表现出惯性导航性能的固有缺陷,即误差随时间的推移逐渐累积,会在一段平稳时间后呈发散趋势。因此在实际使用惯导中可以使用特殊的算法和硬件平台以延长误差发散之前的时间,也可以通过与GPS等数据进行组合导航的方式抑制其发散趋势。研究结果为进一步进行组合导航算法优化奠定基础。

一种新型MIMU信号采集系统

针对微型惯性测量组合动态范围宽、精度高、实时性强的要求,设计了一种新型的数据采集方法,该方法具有精度高、量程宽、速度快的优点。着重介绍了这种方法的电路实现,通过跑车试验,经过解算各个姿态参数完全符合系统的要求,可广泛用于弹载姿态测试和组合导航系统中。

IMU转动角速度对旋转SINS的精度影响分析

针对惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转角速度变化过程对旋转调制型捷联系统(strapdown inertial nav-igation system,SINS)定位精度的影响进行分析和研究。例举IMU旋转方式并分析旋转自补偿技术调制惯性器件偏差的基本原理;详细推导了IMU运动状态变化过程对调制型捷联系统导航精度的影响并分析了IMU正反转方案的误差特性,最后根据仿真分析确定旋转角速度的选取依据。在理论分析的基础上进行了仿真实验。结果表明,IMU的旋转运动可以有效地调制惯性器件部分偏差,但是旋转角速度的大小及角速度变化过程依然会对调制型捷联系统的定位精度产生影响。

旋转惯导系统中IMU转停时间分配技术研究

针对惯性测量单元(IMU)单轴旋转捷联惯导系统改善运载体导航精度能力有限的问题,同时从工程应用角度降低IMU连续长时间正反转引发旋转机构出现故障几率的角度出发,提出一种基于光纤陀螺的双轴转停方案。设计对称分布的双轴16次序转停路径并分析其误差调制原理;根据双轴旋转捷联惯导系统误差特性,研究IMU转停过程对系统导航精度的影响并计算最优转停时间间隔,利用仿真验证本方案的有效性。

一种IMU数据采集软件的设计与实现

激光捷联惯组的寻北及导航精度是武器装备的重要指标之一,它决定着打击瞄准目标的准确度和精度。而提高对激光捷联惯组惯性测量单元(Inertial Measure Unit,IMU)原始信号的采样准确性,确保激光捷联惯组寻北、导航解算所使用的IMU输入数据的可靠性和精度,是保证激光捷联惯组的寻北及导航精度的基础。设计的IMU数据采样软件采用定时中断采集IMU的原始数据,通过FIR滤波后进行寻北及导航解算。经应用验证:激光捷联惯组IMU数据采集处理方法可靠,采集标称精度0.003°/h的激光陀螺、偏值不超过5mg的石英挠性加速度计,可以保证IMU器件的原始精度,满足激光捷联惯组寻北和导航精度要求。

基于MEMS IMU的舵面运动测量仪

针对飞行器升降舵、副翼角运动的测试需求,提出了单轴捷联姿态系统的原理及算法,介绍了基于MEMS陀螺仪和加速度计的舵面运动测量仪的构成,并对测量仪的工作过程进行了仿真。仿真表明,测量仪的性能满足舵面运动测量的需要。

激光陀螺捷联惯性组合的全温度标定方法

给出了激光陀螺捷联惯性组合(IMU)的误差模型,研究了一种利用双轴带温控箱速率转台的参数标定方法,标定出了 IMU 在各种环境温度下的模型参数,通过温度补偿有效地减小了IMU 的导航误差。试验结果表明:该方法标定精度较高,适用于中等精度 IMU 的参数标定。

激光捷联惯导减振系统设计与应用

针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。分析激光惯导的振动模型,结合对比原有惯导减振系统提出双层减振。在对双层减振系统的分析中,把整个安装支架作为减振系统的一部分,充分考虑弹载设备的可安装性,应用有限元法设计出动态性能良好的安装支架和减振器来改善减振效果。通过地面大量振动试验的验证以及反复对支架和减振器参数的优化设计,使得新构建的减振系统的谐振频率避开激光陀螺的机抖频率以及其它需要减振的频率段,减振效果达到了预期的设计要求,可以在飞行器上使用。

捷联惯组减振系统角振动、线振动共振频率理论分析

当前实际工程中,角振动试验技术和设备尚不成熟。以指导捷联惯组减振系统设计过程为目的,结合捷联惯性组合减振系统对角共振频率的特殊要求,对线振动、角振动共振频率的关系进行了分析与讨论。建立了捷联惯性组合减振系统的动力学模型,得到了捷联惯组减振系统数学模型,利用刚体动力学方法分析捷联惯组的转动惯量和回转半径,得出理想情况下捷联惯性组合减振系统线共振、角共振频率存在一定的比例关系,并与减振器安装中心到转动中心线的平均距离和惯组回转半径有关的结论。最后讨论了改变减振系统刚度和减振器布置方式两种改变共振频率的方法,并对两种方法进行了比较。

弹载激光陀螺惯导系统安装支架设计

以某型号武器控制系统使用激光陀螺的任务为背景,针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。通过双自由度分析法以及振动试验,指出原安装板刚性不足,导致谐振频率出现在激光陀螺的机抖频率附近以及其它需要减振的频率段,这些成为导航误差偏大的主要原因。把安装支架作为减振系统的一部分,应用有限元动态优化法设计出刚性增强的安装板和动态结构性能良好的安装支架来改善减振效果。经地面振动试验验证,新构建的减振系统的减振效果达到预期的设计要求,在国内战术武器激光陀螺应用方面取得很大进展,可以在飞行器上使用。

捷联惯性测量组合标定的仿真研究

本文对卡尔曼滤波在捷联惯性测量组合标定中的应用进行了研究 ,提出了一种辨识激光陀螺和加速度计静态误差的在线正交标定方案 ,并在不同滤波条件下进行了仿真验证 。

单机十表冗余惯组故障后重构最优估计研究

对于单机十表冗余惯组故障后的重构估计,提出一种结合可靠性和精度的重构策略,基于该策略,提出一种在线重构估计方法,对在故障诊断中常用的校验方程残差进行分析;通过时间序列分析的方法确定噪声结构,用卡尔曼滤波对其进行在线估计,估计结果作为重构模型估计精度指标的评价;采用滤波补偿的方法对故障表进行分析计算,该方法绕过了对各轴传感器噪声的估计,直接对投影定理推导的重构模型误差进行分析。仿真结果表明,该算法对传感器精度未知的情况有较强适应性,并有较高精度。

一种高可靠捷联惯性测量单元布局

冗余传感器惯性测量单元通过传感器余度配置能够有效提高惯导系统的可靠性,同时对运动的重复测量为降低传感器测量误差和提高导航性能提供了必要条件。一种新型9传感器惯性测量单元,在实现9传感器最佳导航性能布局的同时,保障了每个方向的平动或者转动均可同时由5个传感器进行测量,使其可靠性等同于6套并行工作的单轴独立惯导系统。利用GLT(Generalized LikelihoodTest)方法和Monte Carlo模拟完成了该惯性测量单元故障检测、隔离性能研究。分析结果表明,该惯性测量单元的平均无故障时间为正十二面体6传感器惯性测量单元的1.4倍,为三轴正交配置惯性测量单元的3.8倍,传感器测量随机误差造成的影响分别降低13%和40%。因此,该布局特别适合于对长使用寿命、高安全性、高可用性有严格要求的应用领域。

捷联惯组减振系统角振动固有频率预示及不确定性分析

为开展捷联惯组减振系统优化设计,提出了捷联惯组减振系统角振动固有频率预示方法。建立了某捷联惯组减振系统简化动力学模型,对其动力学特性进行分析,试验验证结果表明,角振动固有频率预示结果与试验结果的相对偏差为-3.8%,预示结果与试验结果接近。进一步,为获取捷联惯组减振系统角振动固有频率的概率分布,考虑减振器刚度的随机分布,将蒙特卡罗方法与核密度估计法结合,开展了角振动固有频率的参数不确定性分析。通过仿真获得了不同样本组数的角振动固有频率变异系数与减振器刚度变异系数的量化关系,为惯组减振器刚度离散程度的量化控制及角振动固有频率的偏差设计提供了依据。

运载火箭多表冗余捷联惯组的故障诊断与决策

为了提高运载火箭惯导系统的可靠性,介绍了一种多表冗余捷联惯性测量组合的故障诊断和冗余信息重构技术,除了对陀螺仪和加速度计信息进行常零值判别、极大值判别之外,还要采取三取二的冗余诊断的管理策略,将故障定位到具体惯组的某个敏感轴,对故障惯组隔离后进行冗余信息重构,既可实现惯组系统级冗余,又能够搭配使用非整套惯组陀螺仪和加速度计信息,实现惯组故障情况下的导航信息的正常输出,增强了运载火箭对惯组故障的适应能力。

分布式系统中捷联惯性系统动基座对准研究

为解决舰载捷联系统动基座对准中甲板挠曲变形及惯性组件箱(IMU)的安装误差对初始对准精度的影响,建立了捷联惯性系统误差模型、甲板挠曲变形模型、IMU 安装误差模型,并利用速度加姿态角匹配方法,建立了量测误差模型。在此基础上利用状态扩展法建立 Kalman滤波器,并进行了仿真。仿真结果表明,在舰船有摇摆的情况下,可以有效地估计 IMU 安装误差角和甲板挠曲变形误差角。

捷联惯导系统的单陀螺方案研究

捷联惯导系统的姿态矩阵微分方程为为由的三个分量组成的反对称矩阵.可由三个单自由度陀螺或两个双自由度陀螺测得,可由计算机算出,所以,捷联惯导系统的惯性测量组件(IMU)需由三个单自由度陀螺或两个双自由度陀螺和三个加速度计组成.本课题的研究目的在于把捷联惯导系统 IMU 中的两个双自由度陀螺减少为—个.

模糊推理在捷联航姿系统中的应用

为了减小捷联航姿系统航姿解算过程中陀螺漂移和积分过程等因素对航姿精度的影响,结合各传感器输出与载体运动状态相关的特性,提出了一种基于模糊推理的IMU(惯性测量组件)/磁传感器信息融合方法。通过模糊推理系统判断出载体当前的运动状态,在准静态下对IMU中陀螺解算的姿态信息和加表解算的姿态信息进行融合可提高载体的姿态精度,对陀螺解算的航向信息和准静态下磁罗经提供的航向信息进行融合可提高载体的航向精度。经过跑车试验且与跑车过程中作为基准的光纤/GPS航姿系统的航姿结果进行比较,验证了该推理过程和融合算法的正确性。

无定向激光陀螺捷联惯组标定方法的对比研究

对三种无定向激光陀螺捷联惯组标定方法进行了对比研究,详细分析了各种方案的标定原理,提出了利用标准差作为评价标定方法优劣的指标。结合对某一激光陀螺捷联惯组标定试验结果的分析,得到了在无北向基准的情况下,三种标定方法在标定时间和标定精度两个指标上的对比结果,为无定向激光捷联惯组的标定提供了指导,具有较大的工程应用价值。

机载SAR运动补偿系统设计及算法研究

对机载合成孔径雷达 (SAR)的运动误差进行了分析 ,给出了与误差补偿精度相适应的捷联惯性测量单元特性要求 ,分析了惯性导航系统 /全球定位系统 (INS/ GPS)组合对飞机姿态的影响 ,设计了运动补偿系统 。