基于规划航迹的“三自”光纤惯导系统航向耦合效应抑制技术

目前,国内“三自”(自标定、自对准、自检测)光纤惯导系统在长航时高精度自主导航领域已逐渐开展应用,但光纤陀螺安装误差、安装不正交度以及标度因数等参数稳定性大大限制了“三自”光纤惯导系统精度的提升,其主要原因是载体运动诱发的航向耦合效应严重影响了旋转调制效果。从航向耦合效应机理分析入手,指出了“三自”惯导系统航向耦合效应的不可解耦性,但针对无人飞行器和无人潜航器等通常需要规划航迹的载体,提出了一种基于规划航迹的旋转方案自适应调整技术,有效地抑制了航向耦合效应。试验结果表明,该方法可将系统的导航精度提升80%以上。

一种双轴稳定光纤惯导系统

随着光纤陀螺的快速发展,光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于各类武器系统。针对未来装备发展对惯导小型化、轻质化、低成本、高动态环境适应性等要求,提出了一种双轴稳定光纤惯导系统。该惯导系统吸收了平台式、捷联式、旋转式惯导系统的各自优点,将惯性平台隔离载体角运动、捷联导航解算与旋转调制抑制误差效应三者集于一体,提升纯惯性动态导航精度的同时,可做到相同惯性仪表条件下体积、质量更小。为验证该惯导系统的可行性,利用现有光纤陀螺惯性平台,通过“台体轴及内框轴双轴稳定+外框架单轴电锁”方式改造成双轴稳定光纤惯导,并进行了随机振动导航试验考核。试验结果表明,该惯导系统具备较高的动态导航精度。

单轴旋转式光纤捷联惯导系统定位精度分析

为了方便地对单轴旋转式光纤捷联惯导系统的定位精度进行评估,提出了定位误差调制度(PEMD)的概念,并给出了运用PEMD对单轴旋转式捷联惯导系统定位精度进行评估的方法。对于长时间工作的惯导系统,通常情况下用经度误差来衡量系统整体的定位误差,推导了单轴旋转式捷联惯导系统PEMD的计算方法。针对不同地理位置的惯导系统调制效果进行了仿真分析,仿真结果与PEMD推算结果一致。结果表明,系统的调制效果与地理位置有关,纬度越低系统调制效果越好。最后运用实验室自行研制的光纤陀螺捷联惯导系统进行了静态实验和旋转调制实验,对PEMD估计定位误差结果的有效性进行了验证。实验表明:PEMD是一种准确、有效的旋转式捷联惯导系统定位精度分析方法。

光纤陀螺惯导系统温度建模与补偿技术研究

工作环境温度的变化使光纤捷联惯导系统内部惯性器件产生了温度漂移,严重影响了系统输出精度。该文从便于工程实现角度出发,设计了一种基于光纤陀螺和石英加速度计温度漂移建模与补偿的方法。建模过程中参数取值通过转台试验获得。验证试验结果说明了建模与补偿的正确性与实用性。

光纤陀螺在惯导系统中的建模及其应用

提出了一种适用于高精度光纤陀螺(FOG)的静态输出信号建模的改进型二阶自回归AR(2)模型,建立了FOG随机误差的实时卡尔曼滤波器,并在FOG捷联惯导系统(SINS)中进行了实际应用。Allan方差分析和实际应用表明,该建模和滤波方法有效减小了高精度FOG误差,在一定程度上提高了FOG SINS的静态初始对准精度,明显降低了导航漂移,提高了导航精度,具有较好的实际应用价值。

光纤捷联惯导系统的双轴旋转调制方案

针对目前常用的双轴旋转方案对惯性器件的标度因数误差和安装误差的调制不完全的缺点,提出了一种改进的双轴旋转调制方案。该方法通过逐步分析系统的误差传播特性,设计每一转动次序的转轴和转动方向,使前后次序残余的器件误差互相抵消,从而提高了双轴旋转调制的效果,满足了捷联惯导系统自主导航精度的要求。对实验室常用的双轴旋转调制方案和改进的方案进行了对比研究,仿真和试验结果表明,改进的双轴旋转方案的速度误差和定位误差曲线的周期振荡幅值较原方案显著减小,而且误差曲线整体发散的速度也非常缓慢。

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。

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,具有较高的工程意义.

ARMA模型在光纤陀螺惯导系统寻北中的应用

在光纤陀螺捷联惯导系统寻北过程中,光纤陀螺的随机漂移是影响其精度的重要因素。论文提出了一种建立三阶自回归模型AR(3)方法,实现了高精度FOG捷联惯导系统静态输出信号的在线建模,并采用强跟踪卡尔曼滤波技术进行误差的实时滤波。寻北试验结果表明,寻北精度有了明显的提高,从而验证了方法的可行性,具有工程实用性。

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。

光纤捷联惯导系统快速标定方法

为降低光纤捷联惯导系统标定对转台的要求,缩短标定时间,提出了一种利用双轴转台完成的八位置标定方法。根据光纤陀螺和石英加速度计的简化输出模型,在双轴转台上合理选择编排八个标定位置,利用输出脉冲量对光纤惯组的27个参数进行解算。通过数学仿真,该方法与使用传统方法标定精度相当,但标定时间短,方法简单易行。

光纤捷联惯导系统温度效应补偿研究

光纤捷联惯导系统中的惯性器件零偏及标度因数受温度变化影响异常显著,文中提出了一种光纤陀螺和加速度计零偏及标度因数的温度效应补偿模型,该模型中参数取值通过全温范围内的转台试验获得,通过对导航试验结果分析表明,文中补偿模型能够有效地降低捷联惯导系统误差,提高导航精度。

光纤捷联惯导系统检漏工艺技术

针对光纤惯导系统检漏方法中存在的问题,优化了检漏工艺流程,改进了检漏设备,设计了检漏工装,并对改进后的检漏工艺方法进行了试验验证。试验证明,该检漏工艺技术可满足光纤捷联惯导系统的检漏需求。

船用单轴旋转光纤陀螺惯导系统海上对准研究

研究了一种海上对准算法,利用GPS提供外部参考信息(速度、位置信息)构建数学隔离平台,隔离风浪造成的摇摆运动;根据单轴旋转系统误差传播规律,在旋转坐标系下采用卡尔曼滤波方法,实现系统精对准,并对Z陀螺刻度系数进行了估计与补偿,有利于提高单轴旋转系统的性能。仿真结果表明,采样频率为1 k Hz时,经过2500 s精对准,平台偏角、陀螺漂移、加速度计零偏和Z陀螺刻度系数误差估计值达到系统要求。

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24h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。

Sage_Husa自适应滤波在大方位失准角初始对准的研究

由于光纤惯导系统导航精度不高,方位角常为大角度,因此系统初始对准的滤波方程为非线性的,为改善非线性模型下初始对准的精度,提出了一种改进Sage_Husa自适应卡尔曼滤波方法并应用于光纤惯导系统初始对准中。建立了大方位失准角初始对准的非线性误差模型,给出了Sage_Husa自适应卡尔曼滤波方程,对Sage_Husa自适应卡尔曼滤波不适合用在非线性滤波的缺陷进行了改进,建立系统噪声统计的估值器,对非线性误差方程进行了改进Sage_Husa自适应卡尔曼滤波仿真。仿真结果表明:改进Sage_Husa自适应卡尔曼滤波能够很好地处理初始对准中的非线性问题,提高初始对准精度,方位失准角误差估计精度较EKF提高27%。

方位大失准角下基于时变参数的捷联罗经对准方法

传统的罗经对准方法都是建立在小失准角的基础上进行的快速对准方式。但是始对准技术是由于风浪、设备误差或者低精度的粗对准算法等不确定因素的影响,捷联惯导系统有时候不得不在大失准角下进行罗经对准。本文提供了一种时变罗经对准方法,以解决此种方位大失准角情况下的罗经对准问题。仿真结果表明,相对于传统的罗经对准方法,时变罗经对准方法能够在方位大失准角下快速而精确的完成初始对准。

可移动升降式全景平台的设计与实现

随着全景在城市的广泛应用,全景平台在数字城市建设中发挥着更加重要的作用。通常是将全景影像平台集成安装到专用车辆上,难以进行快速方便地安装与拆卸,同时相机作为平台系统中最高的部分在一些情况下限制了平台系统的应用范围。针对这些问题设计了将整个系统平台通过可调节角度与高度式吸盘固定于任意车辆载体上,能够基于不同车型顶部曲面进行调整,不受车型限制,提高了平台通用性。竹节式电动升降柱调整全景相机的高度,既不受限高交通设施限制又有效避免全景影像中地物的变形。

IMU数据采集器设计

本文阐述了光纤捷联惯导系统（FSINS）中的惯性测量单元（IMU）数据采集器的一种具体设计，提出了完成其主要功能的现场可编程门阵列FPGA的详细设计方法。时序仿真结果证明了设计可行性。

A rotating inertial navigation system with the rotating axis error compensation consisting of fiber optic gyros

An effective and flexible rotation and compensation scheme is designed to improve the accuracy of rotating inertial navigation system （RINS）. The accuracy of single-axial R1NS is limited by the errors on the rotating axis. A novel inertial measurement unit （IMU） scheme with error compensation for the rotating axis of fiber optic gyros （FOG） RINS is presented. In the scheme, two couples of inertial sensors with similar error characteristics are mounted oppositely on the rotating axes to compensate the sensors error. Without any change for the rotation cycle, this scheme improves the system＇s precision and reliability, and also offers the redundancy for the system. The results of 36 h navigation simulation prove that the accuracy of the system is improved notably compared with normal strapdown INS, besides the heading accuracy is increased by 3 times compared with single-axial RINS, and the position accuracy is improved by 1 order of magnitude.