旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统

为了在现有惯性传感器水平的条件下提高捷联式惯性导航系统的性能,研制了旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统。该系统由惯性敏感单元、转动机构、高速导航计算机和I/O接口等组成,惯性敏感单元被安置在转动机构上,并作连续周期运动。对该旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统进行了室内转台和室外跑车试验,该系统俯仰角和横滚角误差小于0.1°,航向角误差小于0.4°,定位误差小于90 m/h。对惯性传感器作温度误差补偿工作,该导航系统的定位定向精度还将能进一步提高。

高精度惯性导航系统的技术预见

面对水下装备无人化/智能化的发展趋势,系统分析国内外知名惯性导航系统生产公司的产品,梳理水下装备的核心设备—惯性导航系统的发展趋势。基于工具检索国内外知名惯性导航系统公司的公开文献、专利以及产品手册等开源信息,提炼关键信息以及参数进行对比分析。目前,光纤陀螺惯性导航系统在国内已成为实现水下装备高精度定位的核心产品,基于谐振陀螺的惯性导航系统尚处于研发阶段。国际市场上,基于激光陀螺的惯性导航产品正逐渐被基于谐振陀螺和光纤陀螺的惯性产品替代。从法国赛峰和Exail这两家顶尖公司的产品指标看,谐振陀螺高精度惯性产品相比光纤陀螺高精度惯性产品而言,无论在体积还是在质量上都有较大优势,后续可能完全替代光纤陀螺系统成为市场主流。

一种激光陀螺捷联惯性导航系统级标定方法

为优化激光捷联惯性导航在卧式三轴转台上的系统级标定方案,设计了卧式三轴转台外环轴整周旋转对惯性测量单元(IMU)误差参数的激励方法。基于捷联惯性导航的误差方程,阐述了速度误差与IMU误差参数间的关系,从而建立IMU系统级标定模型。该模型具有加速度计误差参数仅反应在观测量北向分量、陀螺误差参数仅反应在观测量东向分量的特点,消除了加速度计和陀螺误差参数标定误差的相互影响。根据准D最优准则,设计了正二十面体12点计划的双轴位置单轴速率翻滚法,利用最小二乘法辨识出IMU的24项误差参数。通过给加速度计和陀螺加入不同测量噪声,对IMU标定模型进行仿真,结果表明该方法可抑制加速度计和陀螺的测量噪声对标定结果的影响。

激光陀螺捷联惯性导航系统误差分析及仿真计算

激光陀螺随机游走现象的存在,严重影响了捷联惯性导航系统的导航性能。本文用数学分析的方法推导出激光陀螺随机游走造成的系统导航误差标准偏差的解析表达式,以便定量地研究激光陀螺随机游走对系统精度的影响,并提出改进措施。同时按照给定的飞行轨迹和随机游走系数,进行了系统数学仿真计算,对仿真计算结果进行了分析。

激光捷联惯性导航系统动态锥动误差建模分析

提出了一种机抖激光陀螺的锥动误差参数建模与补偿方法。首先从机理上分析了锥动误差产生的原因,利用有限元分析方法给出了在不同外界角加速度输入下激光陀螺敏感轴的变形情况;建立了锥动误差的补偿模型,将锥动误差的影响用锥动误差系数表示,该系数仅和激光陀螺自身相关;设计了锥动误差系数的系统级标定方案,利用圆锥运动前后系统的姿态误差与锥动误差系数的关系完成参数标定。然后通过激光陀螺和光纤陀螺的圆锥运动实验,证明了锥动误差的存在;通过系统级的圆锥运动实验,证明了锥动误差的补偿效果。最后通过系统级的振动试验,验证了本文提出的锥动误差补偿方法能够有效地减小振动环境下系统的姿态和速度误差,对提升惯导系统在复杂力学环境下导航精度有着重要作用。

无陀螺捷联惯性导航系统

结合国内外的研究文献,分析无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS)的导航和力学原理,介绍三种无陀螺惯性测量单元加速度计配置方案,分别就其典型配置重点分析,对该技术的未来研究方向进行展望。

基于激光陀螺的捷联惯性导航系统工程实现技术研究

本文对利用激光陀螺构成的激光捷联惯性导航系统工程实现的关键问题进行了研究，从工程化观点出发，给出了系统的硬件实现原理图。针对激光IMU具有较高测量精度的特点。在系统算法上研究针对性的误差建模和补偿技术，并采用了高效的捷联惯性导航系统算法，针对采用机械偏频技术克服激光陀螺仅固有测量锁区所引入的周期性干扰信号。提出了采用离散傅立叶变换进行频谱分析并设计相应的数字滤波器削弱或消除干扰信号。实际跑车实实验结果表明，上述的激光捷联惯性导航系统的设计思路是可行的，设计的系统性能能够达到预定的要求。

光纤陀螺捷联式惯性系统的研究与设计

介绍了基于光纤陀螺的捷联式惯性系统的总体设计,设计了加速度计再平衡回路数字读出电路及光纤陀螺信号输出电路。采用PC104工控机作为导航计算机,构成捷联式惯性系统原理样机。在此基础上,设计了系统的误差补偿方案、初始对准方案和机械编排方案。样机的初步测试结果表明:该样机达到了设计指标要求(航向精度:<1°;水平姿态精度:<0.5°)。

捷联惯性导航系统误差工程化分析方法

针对设计捷联惯性导航系统时系统指标要求合理选择惯性传感器的问题,提出一种捷联惯性导航系统误差分析方法,建立了系统在不同工作条件下的误差模型,给出了在设计捷联惯性导航系统时,纯惯性导航时间小于2min、位置误差小于100m时选择陀螺和加速度计的方法。

挠性捷联惯性导航系统误差补偿技术

为了补偿载体角运动和振动引起的捷联惯性导航系统导航误差,通过分析载体角运动引起的圆锥误差,挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化等因素对导航结果的影响,采用三子样算法和非线性补偿技术,对上述误差进行了补偿。摇摆试验和跑车试验证明,通过上述补偿后,姿态精度、水平定位精度、垂直定位精度有明显的提高。

捷联惯性导航系统的误差分析

本文从捷联惯性导航系统的误差源出发,认为惯性元件的误差是通过姿态矩阵传播的,并对导航系统产生重要的影响。通过理论分析和计算机仿真,系统地阐述了各惯性元件误差对系统的影响。

基于DSP的光纤陀螺捷联惯导系统的设计

简单介绍了基于光纤陀螺的捷联惯导系统的设计,相对于平台惯导系统捷联系统有很多优点,硬件简单,便于安装、维修和维护,大大降低了系统的成本,但捷联算法运算量大,因此用运算速度高的DSP作为解算单元,可以满足要求.给出了捷联惯导系统的数学模型以及方框图,重点介绍了系统的软件实现,给出了流程图.所有这一切已应用于实践,结果证明这一设计切实可行.

单轴旋转捷联惯性导航系统误差分析与转位方案研究

对单轴旋转捷联惯性导航系统误差调制原理与旋转方案进行研究,分析了单轴旋转调制对各项误差的补偿作用。给出单向连续旋转、大于360°两位置正反转停、小于360°四位置正反转停的3种转动方案,对其中2种转位方案在摇摆状态下进行了长时间导航仿真。仿真结果表明,两位置转停方案与四位置转停方案的长时间导航定位精度相当。结合工程实际,优选四位置转停方案,在自行研制的四位置转停单轴旋转捷联惯性导航系统上进行转台摇摆和车载环境验证试验验证,结果能够满足系统初始设计指标,具有工程参考价值。

基于Visual C++的惯性导航数据采集系统

针对光纤陀螺惯性导航系统开发了一套基于VC平台的数据采集系统,包括串口通信、数据存储和实时显示3个主要功能模块。串口通信模块中利用Visual C++的MSComm控件实现了光纤陀螺惯性导航系统与PC机的串口通信;在数据存储和实时显示模块中实现了光纤陀螺惯性导航系统输出的加速度、角速度和姿态数据的自动存储与实时显示。该系统经过多次测试,性能稳定可靠,可用于工程实践中。

捷联式光纤陀螺罗经系统误差分析

对采用光纤陀螺的捷联式罗经系统进行了研究.提出了使用惯性组件旋转调制技术提高光纤陀螺捷联式罗经系统精度的方法,分析了罗经系统的误差特性.针对旋转组件的误差,在系统初始对准过程中,应用限定记忆的Kalman滤波进行状态估计,提高了对准精度.静止基座的初始对准仿真结果表明,航向失准角估计误差均方差为0.159°.

光纤陀螺旋转捷联惯导系统的发展与应用

针对舰船对长航时、高精度导航的需求,开展基于旋转调制的光纤陀螺惯导系统技术研究,从光纤陀螺仪(FOG)的研制背景和旋转调制技术的应用出发,对比分析了国内外光纤陀螺和旋转调制技术的发展现状。阐述了旋转调制技术的发展方向并研制高精度旋转光纤捷联惯导系统的技术途径。

光纤陀螺捷联系统划桨补偿算法的改进与优化

传统的划桨补偿算法采用陀螺和加速度计的增量信号来进行设计,当应用于输出为角速率的干涉型光纤陀螺构成的捷联系统时,需要通过角速率提取角增量,增加了系统设计难度,降低了速度解算精度。因此,优化设计了一种新的划桨补偿算法,它直接利用角速率/比力值以及惯组测量带宽,并给出了算法在划桨运动下的误差表达式。与传统算法比较,新算法具有较高的精度,为改进划桨补偿算法提供了一种新的思路。

基于MEMS器件的低成本微惯性导航系统设计

设计了一款基于MEMS陀螺和MEMS加速度计的低成本微惯性导航系统。采用"四元数"法进行姿态计算,通过比力变换、积分运算确定载体的速度、位置。分析样机运行结果可知,静态运行15 s,姿态误差最大为1.2°,速度误差最大为4.5 m/s,位置误差最大为33 m。实验表明,该系统发散较快,但短期精度较高,为满足长时间导航,必须与其他导航如GPS组合,即可应用到普通导航领域,且能大大降低系统的成本和体积。

光纤陀螺标定误差对舰船捷联惯导系统的影响

为降低船用光纤陀螺标定误差对捷联惯导系统的影响,有针对性地提高光纤陀螺各标定参数的精度,采用将光纤陀螺标度因数误差、安装误差和零位误差进行分离的方法,推导出光纤陀螺三种标定误差与舰船角速率误差之间的函数关系,将其分别代入舰船捷联惯导系统姿态误差方程进行误差分析.并将舰船摇摆运动下的导航误差与静止下的导航误差进行比较.研究结果表明:光纤陀螺零位误差等效于光纤陀螺漂移,舰船摇摆运动会激励光纤陀螺标度因数误差和安装误差的标定误差对系统的影响.

光纤陀螺定位定向导航系统研究

在光纤陀螺IMU的基础上,设计了信号处理电路、导航计算机、转位机构等,采用Kalman滤波技术,建立了相应的状态方程和量测方程,研制了SINS与卫星导航全球定位系统(GPS)、里程计等辅助信息组合的定位定向导航系统,并给出试验结果及主要技术指标,该系统可广泛应用于陆用车辆导航。