正四面体冗余惯导全参数现场快速标定方法

正四面体冗余惯导系统(RINS)具有高可靠性、高精度等特点,而误差标定是实现高精度导航解算的必要手段。当前正四面体RINS的误差标定均需要利用高精度转台实现,不仅标定成本高、标定时间长,而且在外场等硬件条件不足的情况下无法进行全误差参数的标定。针对这一问题,提出了一种无需高精度转台的正四面体RINS全误差参数现场快速标定方法。首先,建立了正四面体RINS的误差模型;然后,根据解析粗对准姿态误差矩阵与正四面体RINS零偏的关系提出了基于六位置的零偏标定方法;之后,设计三位置旋转方案进行陀螺仪的标度因数和安装误差标定;最后,利用零偏标定的六位置方案进行加速度计的标度因数和安装误差标定。仿真及试验结果表明,该方法能有效地标定出所有误差参数,在1 h静基座导航试验中,标定后北向定位精度从61.0655 km提升至0.4767 km,东向定位精度从161.2027 km提升至4.8422 km。

冗余捷联惯导软故障检测方法研究

针对冗余捷联惯导系统在软故障检测上仍然存在实时性低、检测性能易受环境影响的问题,提出了一种APV/FASPRT算法。首先根据硬件冗余配置构造奇偶空间,对奇偶残差执行SPRT算法,引入了渐消因子与周期重置提高对当前残差信息的跟踪速度;其次通过APV算法检测故障结束时刻以重置渐消SPRT并提供敏感轴信息;最后针对工程常用的四、六陀螺冗余配置提出了一种基于可容性故障的检测阈值确定方法以增强故障检测的稳定性。仿真结果表明,该算法在软故障检测上分别比GLT、SPRT、APV方法平均检测延迟减少了50.59%、70.21%、2.32%、平均虚警率降低了69.31%、99.33%、64.77%,在增强了软故障检测的实时性的同时减少了无故障时刻的虚警率。

冗余旋转惯导系统两位置初始对准方法

冗余旋转惯导系统(Redundant Rotating Inertial Navigation System, RRINS)可以在传统旋转惯导系统的基础上,进一步提高系统的可靠性。针对该类系统高精度初始对准需求,以正四面体冗余旋转惯导系统为例,研究了两位置初始对准方法。首先以每3个陀螺仪和3个加速度计构成一种组合方式,建立每种组合下惯性器件的零偏与冗余配置相关的解析表达式,并设计RRINS两位置转停方案以估计对应惯性器件的零偏,但是在某些特殊的情况下需要增加观测位置;然后将每个惯性器件在不同组合下得到的结果取均值,并利用该均值对相应惯性器件的测量信息做补偿;最后基于补偿后的惯性器件输出进行RRINS的初始对准。数学仿真和实验验证结果表明,该方法在不同两位置方案下均可有效估计出惯性器件的零偏。仿真中陀螺仪的零偏估计误差在4%以内,加速度计的零偏估计误差基本在2%以内,且相比无零偏补偿的情况,初始对准精度提高10倍以上。实验中水平和方位向的初始对准精度都有提高,航向角对准误差最大减小100倍左右。同时,该方法还可以推广到其他配置方案的冗余旋转惯导系统中,对该类惯导系统初始对准精度的提高具有一定借鉴意义。

关于多惯性导航冗余方法提升采煤机定位精度仿真分析

为了解决目前人工辅助采煤跟机的现状,提高采煤机定位精度,提出多惯导冗余定位方案,进行多惯导冗余定位原理、方案以及算法的分析,通过有限元仿真对采煤机运行条件、惯导间隔以及惯导平面方向3个角度进行模拟,得出误差的影响规律。

基于器件参数的五冗余捷联惯组配置方法

针对低成本冗余捷联惯组导航精度无法进一步提升的问题,提出一种基于器件参数确定五冗余惯组各轴向仪表的安装角度的方法,并对五冗余惯组冗余轴器件配置要求进行了分析。该方法通过加权最小二乘估计,基于各轴器件参数确定数据融合时使用的加权矩阵,并以此为基础确定器件最优安装角度,使捷联惯组的导航精度达到最优。仿真结果表明,在器件参数确定时,经该方法得出的配置方案,20 min静态仿真相比三轴导航位置误差减小10.89%,加入合适的加权矩阵后,相比未加入加权矩阵导航位置误差减小9.5%,相比三轴导航位置误差减小19.35%。该方案在不改变惯组总成本的情况下提升了惯组的导航性能。

广义回归神经网络在冗余捷联惯导故障诊断中的应用研究

针对冗余捷联惯导的故障诊断问题,研究提出了一种基于广义回归神经网络的故障诊断方法。该方法在传感器输出数学模型未知的情况下,仅通过传感器之间的冗余关系,利用传感器正常工作时的测量值和改进的神经网络估计输出值生成残差进行故障诊断。仿真试验表明,利用神经网络补偿产生的残差可以检测到未补偿时的故障。该方法不仅可以检测到单故障,还对多传感器同时发生故障具有一定的检测能力。

基于陀螺仪输出误差观测的冗余INS标定方法

冗余惯导系统陀螺仪由于确定性误差及随机误差的干扰,影响系统精度,且冗余惯导系统陀螺仪的标定过程中存在部分误差不可观测的问题。针对冗余惯导系统,设计了一种基于陀螺仪输出误差观测的标定方法。采用改进的经验模态分解算法对陀螺仪信号进行降噪处理,降低随机误差的干扰。改进冗余配置下的量测方程,以冗余陀螺仪输出误差为观测量,对陀螺仪的常值误差、标度因数及安装误差进行标定。基于四面体配置的MEMS 静基座导航试验结果表明,所提出的方法与传统的零空间扩增标定方法相比,系统1min 时定位精度由70.32m提升至24.27 m,航向角误差由22.49′提升至6.39′,验证了所提出的标定方法的有效性。