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.

一种弹载单轴旋转式捷联惯导系统在架标定方法

捷联惯导系统经长时间存放,其模型参数相对实验室标定值会产生较大变化,导致系统无法满足导航精度要求。为适应弹载捷联惯导系统长期稳定使用的需求,降低定期标定的保障成本,提出了一种弹载单轴旋转式捷联惯导系统在架标定方法。该方法通过分析不同机动状态与惯导待标定参数的激励关系设计标定路径,采用状态变换扩展卡尔曼滤波(STEKF)估计各状态量,并在计算速度观测量时考虑了外杆臂误差的影响。仿真结果表明,该方案可在10 min内实现陀螺仪和加速度计零偏以及刻度因数的标定,且在有振动噪声干扰的情况下,STEKF模型的估计精度优于卡尔曼滤波(KF)模型。STEKF模型估计得到的状态量相对误差均小于15%,加速度计各项参数相对误差均小于8%。通过外场试验验证,该标定方法可较准确地标定出惯导零偏和刻度因数。

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。

机载捷联惯导系统振动性能提升研究

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩阵振动微分方程;建立了惯导系统振动方程的数值解计算模型。其次,基于工程实际,使用数值仿真软件分析减振器批次刚度一致性和刚度各向异性的影响;并通过有限元仿真分析对比验证了减振器刚度波动导致的偏心距引起耦合角速度计算结果。最后分析了减振系统不同谐振频率对角振动幅值的影响机理。

单轴旋转式激光陀螺捷联惯导系统对准精度分析

设计了单轴旋转式激光陀螺捷联惯导系统的对准方案,分析了影响旋转对准精度的惯性器件误差参数,同时对不同惯性器件误差对应的对准精度进行了比对分析,并进行了仿真试验验证。仿真结果表明,天向陀螺标度因数非对称性误差、天向陀螺标度因数误差对航向角对准精度的影响较大,该结论可为单轴旋转式激光陀螺捷联惯导系统的设计提供参考。

旋转式光学陀螺捷联惯导系统的旋转方案设计

在光学陀螺捷联式惯性系统中,利用系统旋转补偿技术可对陀螺组件和加速度计组件的输出误差进行调制,从而抑制系统的误差发散,提高导航精度。通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程,解释了旋转误差补偿的机理。针对惯性测量组件输出误差的特性,设计单轴正反转停和双轴转位的系统旋转方案。在摇摆状态下分别对无旋转、单轴和双轴三种方案进行长时间导航仿真,对旋转补偿误差的能力进行了比较。结果表明:旋转能够抑制长期的定位误差发散,在角运动状态下旋转系统能比无旋转系统保持更好的姿态精度。

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。

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.

旋转式捷联惯导系统精对准方法

针对静基座捷联惯导系统初始对准时可观测性差的缺点,提出了捷联式惯导系统四位置转停的单轴旋转方案,以及在此方案下的精对准方法。将陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变量,通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵改善系统的可观测性。为了使捷联惯导系统的误差方程适合卡尔曼滤波模型,将加速度计误差和陀螺漂移扩充为状态变量,采用卡尔曼滤波方法实现旋转式捷联惯导系统的精对准。仿真结果表明,IMU旋转状态下的对准方法大大提高了系统失准角的可观测性,从而提高了对准精度。

一种单轴旋转捷联惯导系统高精度快速对准方法

在晃动条件下,需要延长粗对准时间来提高粗对准精度。否则,无法把方位误差控制在小角度范围内,从而导致后续的精对准无法快速收敛。针对这个问题,提出了一种利用逆向导航技术的单轴旋转捷联惯导系统高精度快速对准方法,最大限度地延长粗对准时间,并把采样数据存储下来,进行逆向精对准。这种算法充分地利用了对准数据,在固定对准时间内极大程度的提高了对准精度。试验证明,这种算法计算量小,算法简单,能实现单轴旋转捷联惯导系统高精度快速对准,且对准精度高,具有一定的工程应用价值。

单轴旋转捷联惯导系统最优转轴选取方案(英文)

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能将惯性测量单元中陀螺仪的常值漂移和加速度计的零偏调制成周期性的信号,通过积分运算消除这些周期信号对系统的影响。从而使得惯导系统在不使用外部信息的条件下,自动补偿由陀螺漂移和加速度计零偏引起的导航误差,提高系统精度。从单轴旋转调制原理入手,详细推导分析了IMU绕任意转轴做单轴旋转时,陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、刻度系数误差在单轴旋转下的误差表现形式,基于最大限度消除陀螺和加速度计常值漂移的原则,给出了最优的转轴选取方案。进行了大量仿真和实验,证明了提出的旋转方案的有效性。

动态干扰条件下的旋转式捷联惯导系统自对准方法

针对角晃动与线晃动等动态干扰条件下,旋转式捷联惯导系统(Rotary strapdown inertial navigation system,Rotary SINS)难以实现自对准的问题,提出了一种基于惯性系的自对准新算法.首先,基于惯性系下粗对准的结果,推导了双轴转动调制捷联惯导系统的惯性系精对准误差模型;然后,针对观测模型的噪声不确定性问题,通过改变渐消因子阵的嵌入方式,提出了一种改进的多渐消因子自适应Kalman滤波方法.最后,仿真实验证明该方法能够有效解决动态干扰条件下旋转式捷联惯导系统的自对准问题,实现快速自主高精度对准.

单轴旋转捷联惯导系统初始对准误差分析

为提高车载捷联惯导系统的方位对准精度,基于单轴旋转捷联惯导系统,给出单轴旋转捷联惯导系统方位角误差传播方程,提出影响方位对准精度的陀螺常值漂移误差、IMU安装误差、刻度因数误差、随机漂移误差、旋转机构测角误差、旋转轴运动误差、加速度计尺寸效应误差等误差源。根据方位角误差传播方程分析各误差源导致的方位角误差。针对各项误差源对寻北结果的不同影响提出相应的误差控制方法,减小了方位对准误差。

单轴旋转调制捷联惯导系统倾斜角误差补偿(英文)

安装在单轴转位机构上的惯性测量单元(IMU),会因IMU坐标系与载体坐标系不重合而存在一定的倾斜角,此倾斜角会使得IMU在旋转过程中引入姿态误差,在很大程度上降低了系统的姿态输出精度。为了降低安装倾斜角对旋转式捷联惯导系统的影响,文章通过对旋转过程中因安装倾斜引起的姿态角误差进行了详细分析,然后运用实验和数据拟合的方法得出了倾斜角随转位机构变化的规律,最后对倾斜角产生的误差加以补偿。经仿真和实验验证表明,对倾斜角误差补偿后,单轴旋转式捷联惯性导航系统的水平姿态精度由原先的2°提高到0.05°范围以内,航向误差由原先的0.5°提高到0.005°,大大提高了旋转式捷联惯导系统的姿态精度,具有一定的工程应用价值。

单轴旋转捷联式惯导系统惯性器件误差指标确定方法研究

针对惯性元件误差调制后无法定量分析惯导系统误差的问题,提出了一种根据船用单轴旋转捷联式惯导系统定位精度指标确定惯性元件精度要求的设计方法.该方法针对单轴单向旋转和单轴往复旋转2种捷联惯导系统,以传统捷联惯导系统误差传播方程为基础,建立了导航定位误差与常值漂移误差、标度因数误差和安装误差的对应关系式.文中给出了具体的算法推导过程及简化分析依据.设计实例和计算机仿真的对比分析证明了该设计方法的正确性和可行性.该设计方法为其他方式的单轴旋转惯导捷联惯导系统设计提供了有效的参考依据.

旋转式激光陀螺捷联惯导系统抗干扰对准方法(英文)

为了满足捷联惯导系统初始对准的抗干扰性和高精度要求,针对旋转式激光陀螺捷联惯导系统,提出了一种抗干扰的初始对准方法。在旋转式激光陀螺捷联惯导系统进行多位置旋转的基础上,先采用抗干扰粗对准方法进行粗对准,再对转动过程中会产生的尺寸效应误差进行补偿,最后以速度为量测信息进行精对准。试验证明,对准时间为300 s时,采用该方法旋转式激光陀螺捷联惯导系统水平对准精度优于0.18′(RMS),航向对准精度优于1.5′(RMS)。该方法计算量小,算法简单,能实现旋转式激光陀螺捷联惯导系统抗干扰对准,且对准精度高,具有一定的工程应用价值。

一种改进的单轴旋转式惯导系统转位方案设计

利用惯性测量组件(IMU)的周期性旋转自动补偿光学陀螺的漂移是实现捷联惯导系统高精度、长航时的有效途径之一。本文阐述了影响单轴旋转式惯导系统的误差效应,分析了单轴旋转方案设计的关键因素,并针对传统四位置单轴转位方案在静态情况下水平方向上的常值漂移误差抵消不完全的问题,提出了一种改进的四位置单轴转位方案,通过计算机仿真比较了自补偿前后两种方案下惯导系统的导航误差(位置、姿态误差),结果表明采用旋转自补偿技术可以克服惯性元件的静态误差,经改进的四位置转位方案更是大大提高了导航输出的位置和姿态精度。

双轴旋转式激光捷联惯导系统的转位方案研究

惯性导航系统的误差随时间累积,旋转调制技术可以有效地提高惯导系统的长航时精度,旋转调制方案是决定旋转式捷联惯导系统导航精度的一个重要因素。针对双轴旋转惯导系统,相较于16次序转位方案,提出了一种新的32次序双轴旋转调制方案。根据捷联惯导系统的误差方程,推导出旋转捷联惯导的误差方程,分析了误差补偿的机理,研究了惯性器件常值偏置误差、标度因数误差和安装角误差的传播特性。仿真结果表明,32次序双轴旋转调制方案相对于16次序转位方案有明显的优势,可以有效地降低姿态角误差和经纬度误差。

旋转式捷联惯导系统的误差分析与仿真

给出旋转式捷联惯导系统的误差方程。分析得到在旋转的条件下,系统主要误差源(即陀螺常值漂移,加速度计零位偏差)对导航参数输出的影响。通过数字仿真验证了理论分析的正确性,为旋转式捷联惯导系统的工程应用提供了理论基础。