基于 Bootstrap 方法的平台惯导系统标定参数重复性区间预测

为了对存贮的平台惯导系统进行选择使用和性能评判,需要对每个惯导系统标定参数重复性进行当前或未来时间点的区间预测。考虑到每个惯导系统历次标定参数重复性具有不同参数的分布特性和批次,惯导系统在相同的存贮寿命阶段标定参数重复性具有相同参数的分布特性,提出了基于Bootstrap方法的加权组合区间预测方法,并给出了1σ预测区间的上、下界均值。将该方法应用到不同批次的平台惯导系统加速计零偏重复性区间预测中,对应1σ的预测区间平均正确率为71.88%,表明该方法不仅具有良好的短期区间预测效果,而且依据预测区间的长度对平台惯导重复性性能评判也具有很好的应用价值。

振动条件下平台惯导系统误差抑制技术研究

飞行载体在发射运行过程中常常处于振动环境中,从而影响惯性平台的导航精度。为了更好地辨识振动条件下的平台漂移误差系数,根据小角度的平台误差角模型,推导出了加速度计输出与平台误差角之间的关系,并按照该模型建立了描述平台漂移的状态空间方程和量测方程。将平台漂移角及漂移角速率作为状态变量,利用自适应卡尔曼滤波进行估计。试验结果表明,估计收敛速度快且趋于稳定,能够有效抑制惯导系统速度误差发散,相比较于未补偿平台漂移角,振动后最大速度误差降幅82%~83%。

旋转式平台惯导加速度计尺寸效应分析及高精度补偿

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了HRG旋转式平台惯导系统。针对旋转式平台惯导系统在导航过程中台体绕台体轴的往复旋转会引起加速度计尺寸效应误差的问题,在对加速度计尺寸效应误差的产生机理进行深入分析的基础上,结合旋转式平台惯导系统的特性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程,建立了加速度计尺寸效应的高精度补偿算法,并讨论了减小加速度计尺寸效应所引起的发散的位置误差的方法。仿真实验结果表明,这种算法能够有效减小加速度计尺寸效应引起的速度误差和位置误差,从而验证了文中理论分析的正确性及所建立的补偿算法的有效性。

惯性系下平台惯导传递对准方法

由于导弹的高速旋转导致其内部的子惯导平台难以施矩,不能跟踪地理系,在发射前需要使子惯导平台跟踪惯性系,而主惯导则一直跟踪地理系。针对这一情况的传递对准应用问题给出了相应的解决办法。首先介绍了跟踪惯性系平台惯导的工作原理,然后针对这种情况,提出了2种惯性系下传递对准的方法,分别是平台惯性系以及地心惯性系下的速度匹配。经过对比分析,仿真结果说明平台惯性系下的方位失准角精度不高,而地心惯性系下在3个方向上都达到了误差小于1′的精度,是一种可行的对准方法。

中航时平台惯导系统导航精度的全误差评估方法

平台惯导系统(PINS)初始对准误差和标定参数重复性是评估PINS精度的主要参数.应用给定精度评定指标无法准确评估PINS导航精度,PINS全误差导航模型能够准确描述PINS误差传播过程,但对多批次中航时PINS精度评估需消耗大量时间,缺乏实用性.结合实际应用中需要对每一台PINS中航时导航精度进行快速准确评估的需求,通过对PINS全误差导航模型传播规律进行分析,得到PINS误差参数对导航精度的单项评估公式和简化综合评估公式.数值仿真验证表明:该方法能够对中航时PINS导航精度进行快速准确估算,在PINS选择中具有很好的实用性.同时该方法可以指导惯导系统生产调试,找到影响惯导系统的主要误差因素,对改进设计、提高精度和精度评定具有参考价值.

东向旋转调制式平台惯导系统误差分析与仿真

在传统指北式平台惯性导航系统中,通过对东向陀螺仪施加连续恒定转动力矩,可对北向及天向惯性器件常值误差形成自动补偿效应,达到提高平台惯性导航系统精度的目的。但是,由于受到旋转调制角速率的激励,惯性器件安装误差和刻度系数误差对系统性能的影响可能增大,甚至是关键影响。本文对东向旋转调制式平台惯导系统中安装误差、刻度系数误差和机械陀螺仪一次项漂移这3种误差源的误差传递关系进行了分析及误差仿真,对影响较大的误差因素进行了辨识。结果显示,东向旋转调制可自动补偿部分安装误差及刻度系数误差,但存在不可调制误差以及由于整流效应造成的直流误差量。同传统指北式导航系统相比,陀螺仪一次项漂移、加速度计安装误差及刻度系数误差的影响可在统计意义上得到一定抑制,而陀螺仪安装误差和刻度系数误差在旋转调制角速率的激励下对系统性能的影响明显增大。总体上看,经过对关键误差源的精确标定后,上述误差源不会对系统导航定位性能造成关键性影响,验证了东向旋转调制平台惯导技术方案的可行性。

两级解耦卡尔曼滤波在平台惯导系统自主标定和对准中的应用

本文结合实际工程背景，采用两级卡尔曼滤波方法对平台惯导系统进行对准和标定，分别构造陀螺滤波器和加速度计滤波器，前者用于估计平台失调角和陀螺误差系数，后者用于估计加速度计误差系数，然后利用分离偏差滤波理论，将陀螺滤波器分解成状态滤波器和偏差滤波器，使滤波计算进一步得到简化。与一般卡尔曼滤波器相比，此滤波器的计算量以及计算机内存占用量都大为减小。

长期贮存平台惯导系统壳体效应变化行为模型

长期贮存条件下平台惯导系统壳体效应具有与使用状态不同的漂移特性,其漂移规律与各性能参数退化及其相互耦合特性相关,在工程应用中往往难以分析贮存条件下壳体效应稳定性水平和合理配置标定维护资源。本文通过全面分析伺服电路零位和框架轴上干扰力矩引起壳体效应漂移的原理及其漂移表达式,在此基础上深入挖掘了表达式中漂移参数的变化特性,综合给出了伺服电路零位和框架轴上干扰力矩引起壳体效应漂移的变化行为模型,并结合实际贮存环境剖面对其进行了长期漂移特性、加速特性和稳定性分析,分析表明在现有贮存条件下,伺服电路零位和框架轴上干扰力矩引起的壳体效应在X、Y和Z轴的长期漂移特性相近,与实际使用状态的响应特性不同,且无加速特性,具有较好的稳定性水平,从而为合理安排标定维护资源提供了依据。

过载振动复合环境下平台惯导系统仿真分析

分析了过载振动复合环境下平台系统的工作原理和误差情况,提出一种反映惯性仪器结构振动特性的误差模型。设计了基于Simulink的复合环境下惯性测量误差的仿真流程。对过载振动复合环境下惯性测量误差进行仿真,得到复合环境下惯性测量误差的规律。研究表明,惯性仪器在过载振动复合环境下,因为结构变化而产生了较大的工作误差,这些误差的表现形式相当复杂,在单一环境实验中是体现不出来的。

平台惯导系统姿态分辨率对传递对准的影响及改进

采用"速度+姿态"匹配方案的传递对准精度受到主惯导系统姿态输出分辨率的影响。对于国产某型平台式机载惯导系统,其姿态信息通过同位器输出,同位器的分辨率精度不能满足传递对准的使用要求。文中针对此问题,提出了一种利用捷联惯导信息提高平台惯导姿态输出精度的方法,进行了仿真研究和试飞验证,提高了对准的精度,达到了预期目标。该方法无需改动硬件线路,通过软件补偿算法即可实现。

平台惯导系统误差系数管理系统设计与实现

传统的平台惯导系统误差系数原始数据采用人工方式粘贴的形式存储在计算机中,数据容易丢失,人员操作复杂。为此建设一套信息系统,用于实现对平台惯导从功能调试到平台出厂的整个生产过程的误差系数数据的管理。系统采用统一认证登陆方式,将仪表误差系数原始数据导入数据库中,同步数据共享,生成模板报表,积累多套平台的仪表误差系数,以备查询。系统已成功应用至平台惯导的型号生产工作中,工作稳定,运行良好。

舰载飞行器平台惯导系统传递对准及检验方法研究

针对舰载飞行器平台惯导传递对准问题,建立了速度匹配和"速度+姿态"匹配卡尔曼滤波方程。考虑舰艇的摇摆运动,进行了不同机动方式下舰载飞行器平台惯导传递对准效果数学仿真,并设计了精度实时检验方法。

旋转式平台惯导系统随机误差自补偿技术研究

针对旋转式平台惯导中旋转运动对惯性仪表的随机误差是否有抑制的问题,在建立旋转式平台惯导系统误差传播方程的基础上,利用积分换元法建立了台体旋转前后系统导航误差与噪声相关函数间的数学表达式,讨论了旋转运动对白噪声和3种典型有色噪声的抑制情况。得出了旋转运动对白噪声无抑制、在旋转速率满足一定条件时对典型有色噪声有抑制的结论。最后通过仿真验证了理论分析的正确性。研究结果为旋转式平台惯导系统的工程设计、改进提供一定的理论支持。

平台惯导系统中的半球谐振陀螺

半球谐振陀螺仪(HRG)是一种高精度、高可靠、长寿命的新型固体振动陀螺仪。为了使陀螺可适用于平台惯导系统的应用,通过对半球陀螺控制电路的改进,提高了半球陀螺的动态特性、带宽、精度等性能指标,测试结果表明,半球陀螺的动态测量范围达到-60^+60(°)/s;带宽扩展到≥75 Hz;漂移达到0.06(°)/h,满足了平台惯导系统的应用需求。

弹用平台惯导系统空中动基座对准技术

通过建立动基座对准速度匹配的系统模型,对影响传递对准的一些重要因素如杆臂效应、挠曲振动等进行了分析,按照既定的载机机动方案采集飞行数据进行离线仿真。仿真结果表明,自适应卡尔曼滤波可达到对准时间15min,水平对准误差小于1′,方位对准误差小于6′,水平轴陀螺测漂小于0.02(°)/h的指标要求,证明S形机动速度匹配自适应卡尔曼滤波方案设计正确。利用机载试验数据进行的离线仿真验证,在将自适应卡尔曼滤波理论应用于工程实际方面以及对空中动基座对准方案的试验验证方面具有创新性。

方位旋转式平台惯导系统的误差分析与仿真

采用惯性平台相对惯性空间以固定角速度绕方位轴旋转的系统方法,构成方位旋转式平台惯导系统(ARGINS),通过调制惯性测量元件沿平台水平方向的输出误差,提高平台式惯导的精度。给出了ARGINS无阻尼情况下的系统误差方程,分析了静基座下的系统误差,并采用Monte-Carlo方法研究了动基座下的系统误差特性。结果表明,相对固定指北式平台惯导,由于水平方向上的惯性测量元件误差引起的随时间发散误差量被调制为常值误差,而常值误差量则被调制为可通过阻尼消除的振荡性误差,达到了抑制惯性测量元件误差的效果。

一种平台惯导系统快速对准方法

平台惯导系统一般采用陀螺罗经方法进行初始对准,对准时间较长,难以满足现代战争需求,因此需要进行缩短对准时间技术研究。动调陀螺器件级测试时,陀螺工作在力反馈状态下,其达到稳定状态所需时间很短。利用这一特性,可以找到一种平台惯导系统快速对准的方法,即平台惯导系统力反馈状态下快速对准。作者将力反馈回路引入平台惯导系统中,利用两个方位位置陀螺所敏感的地速信息进行方位解算,实现惯性平台快速寻北。在此基础上,完成惯性平台的水平对准及陀螺漂移测量,实现快速对准。仿真分析结果表明:快速对准方位角测量精度可以满足要求。为了验证该方法的可行性,进行了多次对准试验,试验结果表明:对准时间缩短至8min,方位角测量精度达到6′,对准时间较原对准方法明显缩短,精度满足使用要求。这种快速对准方法缩短了系统阵地准备时间,有利于提高导弹部队的快速反应能力。

半球谐振陀螺平台惯导系统自标定方法研究

半球谐振陀螺作为一种新型固态陀螺,已开始应用于平台惯导系统。从HRG完整误差模型出发,推导其应用于平台惯导系统时的简化误差模型。在此基础上,设计了一种7位置HRG平台惯导系统自标定方法,能够在没有方位基准条件下标定出HRG平台惯导系统包括初始方位角和陀螺安装误差在内的19项误差系数。仿真结果表明,该自标定方法标定时间短,具有较好的精度。

速率方位平台惯导系统传递对准的卡尔曼滤波器设计研究

本文在船体运动、振动、变形等情况的动基座上,建立了舰载导弹的速率方位惯导系统传递对准卡尔曼滤波器的系统和量测模型.以对准精度和对准时间为评价标准,选择了不同的航迹,进行了计算机仿真.仿真结果表明,对准效果满足了实战的要求.

水下旋转平台惯导的单点校正算法

为增强惯性器件误差可观测度,满足高精度导航要求,基于平台方位旋转技术,设计了水下旋转平台惯导系统(ARGINS)陀螺漂移的单点校正算法。首先,引入旋转平台惯导的误差方程,利用Laplace变换分析了陀螺漂移和加速度计零位偏置对系统时域特性的影响;其次,设计了针对水下旋转平台惯导的单点校正算法,包括旋转平台惯导的初始对准、状态切换以及方位陀螺漂移的单点校正;最后,对单点校正算法进行了仿真实验。仿真结果表明:该单点校正算法可有效估计和补偿方位陀螺漂移,同时降低东、北向陀螺漂移以及加速度计零位偏置对系统误差的影响,有效抑制后续导航误差发散现象,提高导航精度。