惯性角速度匹配测量方程的耦合误差分析

针对惯性角速度匹配测量方程得不到理论精确解的问题,根据角速度匹配测量方程建立了形变角估计误差与船体角运动和动态形变角的相关函数模型,从理论上证明了船体角运动与动态形变角之间的交叉耦合将产生形变角估计误差。在动态形变角和船摇角幅度分别为20″和2°的仿真条件下,当船体运动角速度与动态形变角速度不相关时,形变角估计误差均值分别为-1.8"、3.7"、3.8";当船体运动角速度与动态形变角速度完全相关时,形变角估计产生约50"的偏置误差。仿真和实验结果表明,误差的大小与二者之间的相关系数呈正相关。研究结果可为舰船形变测量和传递对准相关的理论研究和工程应用提供参考。

舰载角速度匹配传递对准方法研究

为了提高舰载局部捷联惯导系统的导航精度,希望能够在传递对准过程中,对船体甲板变形进行估计,对惯性器件的某些误差进行标定,并进行补偿。作为参数匹配传递对准方法之一的角速度匹配法为此提供了可能。文中对角速度匹配法中的三种不同海况下的系统状态可观测性进行了详细的分析,并对船体甲板变形和陀螺漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析。研究结果表明,这一方法具有较好的对准精度和快速性,但具体情况随船体的运动情况而不同。

舰载姿态加角速度匹配传递对准方法研究

用于传递对准的测量参数匹配法极大地受限于舰船所处海况,为解决这一问题,提出了姿态加角速度匹配法。在三种典型的海况下,对这一传递对准方法中舰船甲板变形和陀螺常值漂移进行了KALMAN滤波估计及精度分析,并对陀螺漂移标定的可行性进行了深入的分析。研究结果表明,姿态加角速度匹配法具有稳健的对准精度和快速性,陀螺漂移的标定依赖于舰船甲板动态变形的大小。

角速度匹配传递对准方法在舰艇平台的适用性分析

角速度匹配传递对准可用于舰载导弹或舰载火炮等武器惯导系统的初始对准,对准精度高、速度快。但对准效果易受舰体变形角与时间延迟的影响。舰体变形可分为静态变形角及动态变形角。分析了三种不同动态变形角模型和时间延迟对角速度匹配传递对准的影响,并通过仿真进行了分析验证。仿真结果表明将动态变形角干扰作为量测噪声引入滤波器,当动态变形角为白噪声时,对角速度匹配传递对准性能没有影响。当动态变形角为有色噪声时,静态变形角估计误差会变大甚至不收敛。文中以动态变形角是二阶Markov过程为例,动态变形角经白化处理后对准效果大大提升。100 ms时间延迟会引起静态变形角2'估计误差。

H_∞次优滤波在角速度匹配传递对准中的应用

角速度匹配传递对准的量测量是主惯导的高精度陀螺测量信息与子惯导的陀螺测量信息之差,将角速度匹配传递对准的量测量送入卡尔曼滤波器进行信息融合,以获得导航系统误差的最优估计值。通过对角速度匹配传递对准的系统状态模型和量测模型的构建与分析,在将机翼弹性变形等干扰项为有色噪声时,采用H_∞次优滤波的角速度匹配传递对准方式估计弹体的安装误差角与姿态失准角,从而实现机载导弹武器系统的快速传递对准。仿真结果表明,基于H_∞次优滤波的角速度匹配传递对准,能有效抑制实际应用中弹体的机翼弹性变形等外界不确定噪声的干扰,在确保传递对准鲁棒性能的同时,可以获得良好的快速性能和滤波精度。因此,作为一种空中飞行的对准方法,采用H_∞次优滤波将干扰项作为有色噪声应用于角速度匹配传递对准更符合工程应用的实际情况。

角速度匹配在机载武器传递对准中的应用

直升机与固定翼飞机相比,主惯导类型、精度、机翼变化及机动模式均不相同,这些对传递对准的精度产生很大影响,目前对其研究较少。文中基于工程需要,针对直升机主惯导采用捷联惯导的特点,提出了采用角速度匹配传递对准方案,推导了系统的状态方程和量测方程,采用奇异值分解法(SVD)对其进行了可观测性和可观测度分析。数字仿真结果表明角速度匹配直升机机载武器传递对准是较好的一种方案,为该方案的实际应用奠定了一定的理论基础。

基于增量式旋转编码器的角速度测试仪

鉴于角速度测试的广泛性与重要性,设计一种基于增量式旋转编码器的角速度测试仪。从编码器输出信号分析,提出以纯软件的方式处理编码器旋转轴的晃动问题的设计思路。介绍了测试仪的实现过程,为角度和角速度测试提供了一种高性价比的检测方法。

速度加角速度匹配传递对准方法研究

以主惯导和子惯导的速度差和角速度差作为观测量,设计速度加角速度匹配传递对准方法。推导了速度加角速度匹配微分方程,建立了速度加角速度匹配的线性滤波模型。速度加角速度匹配传递对准方法作为计算参数匹配法和测量参数匹配法的结合,比较传统的速度匹配传递对准方法利用了更多的观测信息,因此,对方位的估计精度高,估计时间短。

角速度匹配法测量船体形变模型优化方法研究

船体形变的精确测量对于优化大型船舶结构设计、船体健康状态监控以及建立全舰统一空间基准都具有非常重要的现实意义,基于惯性传感器的惯性测量匹配法是船体形变测量研究的发展趋势。针对舰船静态形变角缓慢变化的特点,在传统角速度匹配法的基础上引入"准静态"模型,采用白噪声驱动的一阶Markov过程模拟静态形变角速度缓慢变化的过程,给出了新的滤波方程并进行了仿真验证。仿真结果表明,当船体静态形变处于缓慢变化过程时,传统的角速度匹配法无法估计出"准静态"形变大小,而优化的静态形变模型不仅可以稳定跟踪"准静态"形变过程,并且保持了较高的估计精度。

广义增量编码器瞬时角速度计算的扭振在线测量

扭转振动是弹性转轴在动态扭矩作用下引起的角振动。轴系的旋转运动和扭转振动具有相同的量纲,因此转角和扭角可以实现同源测量。利用旋转轴系角运动的矢量叠加原理,得出转轴各质点的线运动具有相位调制现象。提出了脉冲信号输出的广义增量编码器模型,并给出了瞬时角速度计算的扭振测量方法的一般流程。编码器的原理是通过定角度戳记转轴角运动的时间分量,相当于建立了角度和时间的离散关系,从这一角度分析并给出了该方法的扭振信号采样定理的理论适用条件和实用公式。通过仿真与实验分别对上述模型和方法的正确性和准确度进行验证,并将其封装为功能模块嵌入工程样机中,应用于国内两台1000 MW核电半速汽轮发电机组的扭振在线监测。

匹配角速度方法的船体形变检测技术分析探究

介绍匹配角速度检测船体形变技术原理和非线性滤波数理计算方法,通过船体形变检测系统建模和形变匹配检测模拟试验,验证该检测技术的船体形变检测技术适用性,对同类船体形变检测工程应用,有技术参考价值。

基于H∞次优滤波的速度+角速度传递对准研究

针对舰船机动性能差,以及舰船高频振颤等不确定性干扰因素影响惯导系统传递对准滤波效果的问题,提出了基于H∞次优滤波的"速度+角速度"匹配传递对准方法。首先分析了影响传递对准性能的关键要素,确定了适用于弱机动特性的舰船用惯导系统传递对准方案。在此基础上,设计"速度+角速度"匹配传递对准的H∞次优滤波器,解决不确定性外部干扰的影响。给出了设计方法和滤波器解算流程。比对仿真结果表明:对于不确定性有色噪声干扰,H∞次优滤波具有很强的鲁棒性,能够完成对失准角的估计,更加符合舰船实际应用条件。

增量式光电旋转编码器及在角减速度测量中的应用

介绍了增量式光电旋转编码器的原理、结构,根据输出信号的特征提高测量精度的四倍频处理方法,在此基础上说明了常用的基于编码器的输出信号的测速原理、方法。最后给出了基于增量式光电旋转编码器进行角减速度测量的系统构成,实际应用精度要求采用的最小二乘拟合法的处理方法。

MHD角速度传感器微弱噪声的测量方法

为了解决现有噪声测量方法测量下限高、耦合噪声大,无法与MHD角速度传感器实现噪声匹配的问题,研究了MHD角速度传感器亚nV/Hz量级噪声的测量方法,并设计了一种噪声测量系统。通过使用噪声匹配变压器,将噪声匹配原理与双通路互谱测量原理相结合,优化测量系统的噪声系数,有效抑制了测量过程中的通路噪声和耦合噪声。通过理论和仿真分析了测量系统的固有噪声,实验证明测量系统的等效输入电压噪声谱密度为0.1 nV/Hz。最后,采用该测量方法,精确测量出低至0.06 nV/Hz的MHD角速度传感器的微弱噪声。

基于惯性传感器输出匹配的舰船变形估计方法

大型舰船在海上航行过程中由于风浪作用、载荷变化、太阳照射以及载体机动等原因会产生一定的变形,该变形会极大地影响到舰载武器装备所需姿态信息的精度。针对这一问题,本文提出了在战位点安装惯性测量单元(IMU:陀螺+加速度计),直接根据IMU输出的速度增量和角速度信息,结合舰船主惯性导航系统的输出信息,利用卡尔曼滤波估计舰船变形角,来补偿船体变形对武器姿态数据的影响。仿真结果表明,在中等海况下,介绍的方法能够快速准确地估计出舰船变形角,在10秒钟内能达到1角分的精度。

速度与角速度双积分匹配传递对准

为降低载体挠曲变形对传递对准的影响,提出了"速度+角速度双积分"匹配方法。与姿态匹配相比,角速度双积分匹配对载体挠曲变形不敏感。结合速度匹配,"速度+角速度双积分"匹配可减小挠曲变形引起的传递对准误差。参照挂飞试验测得的机翼挠曲变形数据,进行了传递对准的Monte Carlo仿真。仿真结果表明:采用"速度+角速度双积分"匹配方式相比采用传统的"速度+姿态"匹配,最大姿态估计误差减小超过30%,陀螺和加速度计的零偏估计误差也有不同程度的减小。车载实验验证了这种方法的有效性。

增量比例导引的研究

比例导引规律相比于直接追踪法,跟踪精度有所提高,但是在目标机动性加大的情况下,传统比例导引规律控制精度仍不理想,而且指令加速度过载大。为此,在本文中提出一种增量比例导引方法,即保留传统比例导引规律基本比例形式不变,对视线角速度施以一增量后再比例导引。将该方法运用于不同运动轨迹目标的跟踪,证明该方法制导准确度提高,寻的时间短,实施简单。

基于角速率与角增量的捷联惯导姿态算法

对于捷联惯性姿态计算来说,目前存在着多种算法。这些算法如何归类、区分、如何在进行算法设计时根据具体应用进行算法选择,很容易给设计者造成困扰。针对这个问题,根据姿态算法所采用的角速率和角增量的采样方式,配合四元数算法和方向余弦算法,采用仿真手段,对常用的捷联姿态计算进行了归纳和分析比较,给设计捷联姿态算法提供了参考。

基于速度加角速度匹配的传递对准优化算法设计

舰船在航行过程中易受风浪等外界环境干扰,使船体存在明显的挠曲变形。而在传统的建模过程中未考虑挠曲变形对静态杆臂长度的影响,导致建模不准确,从而致使对准精度下降。针对这一问题建立了动态挠曲变形和动态杆臂效应一体化的误差模型,构建了更精确的传递对准误差方程。分别在速度加姿态匹配和速度加角速度匹配两种方式下进行卡尔曼滤波,比较了这两种匹配方式在不同运动状态下对于动态挠曲变形角和安装误差角的估计效果。仿真结果表明,相比于速度加姿态匹配,速度加角速度匹配对于动态挠曲变形角和安装误差角的估计误差精度均得到了明显的提高,且平稳性更好,在匀加速运动时优势更明显。因此在实际应用中,当载体受外界环境干扰严重时,应首先考虑采用速度加角速度匹配模式进行传递对准。

基于“速度+角速度”匹配的DVL/INS组合传递对准优化算法设计

针对全球导航定位系统(GNSS)多径效应明显、信号易受干扰等因素导致的主惯导参考速度信息可靠性差的问题,采用多普勒计程仪(DVL)辅助大型舰载试验平台上搭载的主惯性导航系统进行传递对准。考虑到大海域试验海况复杂,采用"速度+角速度"匹配方式、动态挠曲杆臂模型和DVL地理系系统误差模型构建系统方程。仿真结果表明,DVL辅助对准的结果明显优于没有设备辅助的对准结果,速度快且平稳性好。因此,在大型舰载平台实际试验过程中,DVL是实现平台传递对准技术的理想的外界辅助设备。