激光陀螺单轴旋转惯性导航系统

高精度的惯性导航系统是提高舰船综合作战性能的基础。为了提高惯性导航系统的精度,采用单轴旋转惯性测量组件的方法,研制了激光陀螺单轴旋转惯性导航系统。介绍了系统的硬件组成,主要包括系统基本结构,惯性器件的主要技术参数和导航计算机的组成。描述了系统的多位置初始对准方式和温度补偿方案。对该系统进行了长时间静态导航实验和跑车实验,实验结果表明:四次长时间静态导航实验峰值定位误差5d优于1nm,10d优于2nm;两次跑车实验峰值定位误差77h优于1.4nm、15d优于2.5nm。

单轴旋转对惯导系统误差特性的影响

分析了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理,对陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、标度因数误差等因素在单轴旋转下的调制情况进行了研究。通过仿真分析了转动速度对各种误差的影响规律,指出了实际系统旋转速度和方式的选择要综合考虑陀螺的常值漂移和标度因数误差的影响。利用激光捷联惯导系统在实验室中进行了单轴旋转IMU实验,其定位精度优于1nm/24h。研究结果可以为单轴旋转惯导系统的进一步优化和工程设计提供理论参考。

单轴旋转惯导系统中陀螺漂移的精确校准

基于惯导系统的误差传播特性和轴向陀螺对经纬度误差的影响规律,提出了精确校准轴向陀螺漂移的方法以解决在单轴旋转惯导系统中单轴旋转只能自动补偿与转轴垂直的陀螺漂移,不能补偿轴向陀螺漂移的问题。首先,介绍了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理。然后,在静基座的条件下分析了轴向陀螺漂移、初始方位和姿态角误差、初始速度误差等对经纬度的影响规律。提出了一种利用经纬度误差作为观测量,采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确校准的新方法。最后,利用激光陀螺单轴旋转惯导系统进行了静态导航试验和跑车试验。实验结果显示,该方法对轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.000 5(°)/h,系统的定位精度优于1nm/72h。该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移,使系统达到较高的导航精度,具有很强的工程实用价值。

激光陀螺单轴旋转惯导系统多位置对准技术研究

激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准精度受陀螺漂移和加速度计零位的限制,为了减少对准误差,对多位置对准技术进行了研究。给出了单轴旋转惯导系统误差方程,利用奇异值分解的方法,对多位置对准时的系统各状态变量的可观测性进行分析,利用卡尔曼滤波仿真研究了多位置对准过程中方位失准角估计误差收敛情况,系统地分析了卡尔曼滤波器参数P0、Q、R的选取对陀螺漂移的估计精度和收敛速度的影响规律。对单轴旋转惯导系统进行了动基座对准的跑车实验,实验结果表明:多位置对准可以提高陀螺漂移和加速度计零位的估计精度,提高系统对准精度,系统跑车定位误差优于1 nautical mile/72 h(1 853.2 m/72 h)。

单轴旋转惯导系统在晃动基座上的建模及误差分析

阐述了船用单轴旋转捷联惯导系统的基本原理,推导了系统在动态条件下的误差传播方程。在三轴摇摆这种典型运动形式下,对单轴旋转惯导系统各主要误差因素的传播特性进行了仿真分析,并与不旋转时的误差传播特性进行了对比,给出了各种误差因素对系统的影响规律,并定量地得到了其对导航精度的影响程度。研究结果可为船用单轴旋转惯导系统的工程设计提供理论参考作用。

激光陀螺单轴旋转式惯导系统的转动方案分析(英文)

目前国际上的激光陀螺单轴旋转式惯导系统中,普遍采用一种四位置转停的惯性测量组合转动方案。通过对这种四位置转停方案的误差分析,指出它并不能够完全抵消掉转轴垂直平面内的所有陀螺常值漂移误差,并且载体航向变化会降低误差抵消的程度。基于此,在这种四位置转停方案基础上,首先提出了一种改进的四位置转停方案,可以抵消掉转轴垂直平面内的所有陀螺常值漂移误差,然后进一步提出了一种动态调整停止时间的四位置转停方案,使转轴垂直平面内的常值漂移误差的抵消程度不受载体航向变化的影响。分析表明,文中提出的这些改进措施和方法能够提高系统精度,而不会降低系统的可靠性,并且使用简单易行,可以应用于实际的单轴旋转式惯导系统中。

单轴旋转INS/GPS组合导航中重力垂线偏差引起的姿态误差分析

重力垂线偏差是高精度惯性导航中的一个主要误差源。在INS/GPS组合导航系统中,由于GPS可以提供位置和速度修正信息,垂线偏差对组合导航系统精度的影响主要体现在姿态上。从惯性导航系统的误差方程出发,推导INS/GPS组合导航姿态估计误差和陀螺零偏估计误差的解析表达式,从理论上分析组合导航模式下垂线偏差对姿态误差的影响。通过仿真验证理论分析的正确性。分析结果表明:东向姿态误差角由北向垂线偏差决定,北向姿态误差由东向垂线偏差决定;航向误差受东向垂线偏差和北向垂线偏差的一阶导数的共同影响,垂线偏差的剧烈变化将引起较大的航向误差。

RBF神经网络在单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识中的应用

在激光陀螺单轴旋转惯性导航系统中,单轴旋转可以自动补偿垂直于旋转轴上的惯性器件误差,却不能消除旋转轴方向上惯性器件的误差,因此单轴旋转惯性导航系统的导航精度主要由轴向陀螺漂移决定。提出了一种基于径向基函数神经网络的轴向陀螺漂移辨识方法,利用系统纬度误差和温度变化量作为训练集,针对系统热态、冷态两种情况对RBF神经网络进行训练,对轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.0003°/h。试验结果表明:该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移,使系统达到较高的导航精度,满足实际应用的需要。

单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移预测方法

轴向陀螺漂移是影响单轴旋转惯导系统导航精度的主要因素。对于轴向陀螺漂移的预测,提出了一种基于支持向量机的算法。利用初始对准12h内系统纬度误差和温度变化量作为训练数据,构造了以多项式、径向基、小波函数为核函数的支持向量机、最小二乘支持向量机、遗忘因子最小二乘支持向量机,对比了它们用于轴向陀螺漂移预测的泛化性能。试验结果表明:遗忘因子最小二乘支持向量机可有效地用于轴向陀螺漂移预测,具有很高的预测精度,极大地提高了单轴旋转激光陀螺惯导系统的导航精度。

单轴旋转惯导系统旋转性误差分析及补偿

对单轴旋转惯导系统因旋转而引入的各项误差进行分析,研究其误差特性及补偿方法。针对单轴正反连续旋转方案,在假定惯性测试组件的器件误差和其他非旋转性的误差在精确标定的情况下,推导了因旋转轴安装不正交引起的涡动、轴系间隙引起的晃动、测角器件误差、旋转控制引起的换向超调误差、角位置、角速度不准确等因素而引起的误差的表现形式,定性和定量地分析了各误差对于系统精度的影响。针对对系统影响显著的旋转轴不正交误差,提出了一种基于系统自身旋转轴正反旋转的误差标定及补偿方法并进行了仿真实验。在给定条件下的仿真结果表明,该方法能够准确标定出旋转轴的不正交误差,标定精度达到角秒级。

舰船单轴旋转激光捷联惯导系统动态初始对准

初始对准的时间和精度是舰船惯导系统的重要指标。针对在不同情况下惯导系统启动的实际工程需求,提出了单轴旋转激光捷联惯导系统的初始对准方案。研究了系统在动基座情况下进行粗对准方法。建立了单轴旋转惯导系统的误差模型,使用卡尔曼滤波的方法实现了系统精对准过程。分别对惯导系统三种不同动态启动条件,设计了不同的对准方案。数字仿真结果表明,经过6h的初始对准,垂向陀螺常值漂移的对准误差在设定值的5.2%以内,垂向加表零偏的对准误差在设定值的1.8%以内。

基于单轴旋转INS/GPS组合姿态误差观测的垂线偏差测量方法

单轴旋转INS/GPS组合导航系统的姿态误差直接受垂线偏差的影响,因此利用对单轴旋转INS/GPS组合的姿态误差观测也可实现垂线偏差的估计。首先,利用INS中的三个激光陀螺构建了激光陀螺组合体(LGU)并进行自主姿态测量,以LGU作为姿态基准以获取INS/GPS组合的姿态误差。然后,建立垂线偏差测量的观测方程和状态方程。最终采用Kalman滤波/平滑算法同时实现垂线偏差和其他系统误差的最优估计。通过对状态变量精确、合理地建模,并利用全球重力模型补偿垂线偏差信号的低频分量,从而实现垂线偏差与系统误差的解耦。通过仿真验证了该方法的可行性,仿真所用的航迹由实测数据生成。仿真结果表明该方法能够有效地测量垂线偏差的高频扰动量。由于该方法的测量精度依赖于所采用的陀螺性能,采用角随机游走较小的陀螺可以获得较好的垂线偏差测量结果。船载实验结果表明,该方法测量得到的垂线偏差数据重复性精度优于0.5″。

单轴旋转惯导系统转轴陀螺常值漂移综合校正方法

为提高单轴旋转惯导系统长时间的导航工作精度,根据单轴旋转惯导误差方程阐述了单轴旋转惯导的自动补偿原理,指出转轴方向陀螺漂移是引起系统位置误差发散的最主要的误差源。在动基座条件下,建立了转轴陀螺常值漂移与系统经度误差之间的数学模型,根据经度误差即可估计转轴方向的陀螺常值漂移,实现系统转轴方向陀螺的常值漂移综合校正。利用计算机仿真方法验证了所给数学模型的合理性,利用建立的数学模型,只要获得一次准确的位置信息,即可对系统位置进行重调,并且实现对系统转轴方向陀螺漂移的估计与补偿,实现系统的综合校正。转轴方向陀螺漂移经过补偿后,其精度由0.002(°)/h提高到0.0005(°)/h,并给出了对系统进行综合校正的较佳时机。

基于单轴旋转的光纤捷联惯导系统误差特性与实验分析

针对惯性器件偏差是影响惯导系统导航精度的主要因素,同时考虑到多种误差源对调制型捷联系统的影响,提出了一种利用惯性测量单元(IMU)四位置转停的误差调制方法。分析了调制型捷联系统的误差特性并建立了四位置转位方案模型。利用实验室自行研制的光纤捷联惯导系统分别进行IMU静止和四位置转位运动下的长时间导航实验,实验结果表明了该方法的有效性。

车载单轴旋转激光捷联惯导抗晃动初始对准和零速修正方法

针对车载单轴旋转激光捷联惯导系统,提出一种抗晃动初始对准方法和零速修正方法,以满足载车快速启动和精确定位的要求。首先采用基于重力信息的粗对准方法得到初始姿态,然后在此基础上,采用惯性凝固坐标系下速度为观测量的卡尔曼滤波方法完成晃动基座精对准。初始对准完成后,采用当地地理坐标系下速度为观测量的卡尔曼滤波方法进行零速修正。数字仿真试验及跑车试验结果表明:在晃动基座上经5 min快速初始对准航向角精度与传统方法相当,对准时间仅为传统方法 50%;零速修正时间间隔20 min,停车修正5 s,跑车2 h水平定位精度与高程精度相对传统方法提高40%以上。数字仿真试验和系统跑车试验结果验证了所提出算法的可行性和有效性。

单轴旋转式捷联惯导系统转位方案

对单轴旋转式捷联惯导系统进行研究,针对系统不隔离载体运动会使常值漂移不能被完全平均而产生较大误差的问题,提出一种新的转位方案.基于旋转式惯导系统的基本原理,对传统的四位置转停方案进行了改进.在不隔离载体运动的情况下,周期性地对载体运动给系统带来的误差进行补偿,从而使系统的精度大大提高,并且降低了系统的复杂程度.对陆用车辆和水上舰艇进行了计算机仿真,结果表明,该方案能够在不隔离载体运动的条件下,抑制因载体运动所产生的常值漂移误差,并对其进行实时补偿.

基于单轴旋转组合的捷联惯导双轴旋转调制算法设计

从旋转过程出发,分析指出经典的双轴转—停—转方案中停位过程带来的误差振荡;从结构角度出发,分析指出经典的双轴旋转方案中旋转框架的存在带来的耦合误差以及机械电气设计加工难度;提出了基于单轴旋转组合的双轴旋转方案,两个分别水平与垂直安装的单轴旋转装置的连续旋转避免了停位过程的存在,机械结构保证了两旋转轴的垂直度,避免了旋转过程中的耦合误差。仿真比较了经典双轴旋转调制、基于单轴旋转组合的双轴旋转调制两种方案。仿真结果表明,在本文的仿真条件下,基于单轴旋转组合的双轴旋转调制相较于经典双轴调制,两者系统误差相当,但随机误差减小了约20%。

单轴旋转捷联惯导系统姿态和航向角在线组合校正

为了提高工作在水下环境下的单轴旋转捷联惯导系统的导航定位精度,给出了惯导系统姿态和航向角在线组合校正流程,提出了一种基于速度信息的旋转式捷联惯导系统二次对准方法.利用速度信息和Kalman滤波技术进行姿态和航向角误差最优估计,同时周期性转动惯性测量单元以提高系统的可观测性.计算机仿真和转台验证实验结果表明,系统经过二次对准后,后续纯惯性模式下的定位精度明显提高,仿真实验中定位误差由4.52 n mile减小为2.19 n mile,转台实验中定位误差由4.28 n mile减小为2.06 n mile.

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。

单轴旋转跟日式多平面镜反射聚光器的设计

主要设计了一种新型的单轴旋转跟日式多镜面聚光系统,该系统与目前常见的聚光器相比,价格低廉、易于维护,仅通过单轴的转动来实现反射聚光,耗能较小。对系统中各镜面的位置及尺寸进行了详细的讨论和计算,并通过实验验证了其可行性和有效性,该方法能实现4倍以上的聚光,能有效减少跟踪系统消耗的能量,从而提高整个跟踪聚光系统的性价比。