光纤捷联航姿基准系统的设计与实现

针对光纤陀螺仪及捷联系统的特点,研究并实现了一种基于光纤陀螺仪的捷联航姿基准系统。以PC/104作为导航计算机,采用I/F转换回路及计数线路构成加速度计的数字信号采集系统,采用智能多串口线路完成各模块之间的通讯任务,构成捷联式航姿基准系统原理样机。在此基础上,设计了系统的机械编排方案、传感器的误差补偿方案和闭环卡尔曼滤波器。样机的测试结果表明:样机满足系统设计要求,在温控环境中,其精度优于基于挠性陀螺仪的捷联航姿系统。

捷联式航向姿态基准系统动基座快速对准方法的研究

在捷联式航向姿态基准系统(SHARS)的许多应用场合,应用对象常常要求SHARS既有较高对准精度,又具有较快对准速度的性能。而对于捷联式系统来说,对准的高精度与快速性是一对矛盾,对它的研究一直是捷联式惯性技术领域的主要课题之一。本文将针对应用于舰载武备系统的捷联式航向姿态基准系统的对准方法进行分析研究,提出一种动基座条件下快速对准方案,并对该方法进行仿真分析。

基于捷联航姿系统挠性陀螺故障诊断方法的研究

本文针对传统BITE不能对捷联航姿系统挠性陀螺软故障进行检测的不足,提出了一种改进的Wald的序惯概率比法。改进的Wald的序惯概率比法是通过补偿方法对Wald的序惯概率比法进行创新,应用改进的Wald的序惯概率比法,能成功地解决捷联航姿系统挠性陀螺的软故障无法检测的难题,使陀螺的误警率PFA从原来的6%下降到1%。

捷联航姿基准系统中的以太网技术研究

首先简要介绍了局域网的ＩＥＥＥ８０２．３标准；然后，讨论了以太网的组网方式，通信控制板的硬件结构以及软件接口；最后，对捷联航姿基准系统的监控程序进行分析，把捷联航姿基准系统的数据发送到网上供各个分系统利用或者接收主控台发来的控制信息，实现整个系统的资源共享。

捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究

舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路,利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件,内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态,判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明,模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡,有效提高了捷联惯性航姿系统精度。

基于卡尔曼滤波器的数字式捷联航姿系统算法设计

提出了一种基于卡尔曼滤波器的捷联航姿算法,利用加速度及磁航向作为观测量,结合四元数微分方程,采用信息融合手段对姿态信息及陀螺漂移进行修正。半实物仿真结果证明,该算法合理可行,达到了预期效果,为新型数字捷联式航姿系统研发奠定了基础。

基于低成本IMU的捷联航姿系统软件设计与实现

在已设计好的捷联航姿系统硬件平台基础上,集传感器信息处理模块、航姿解算模块和信息融合模块于一体,综合设计了基于低成本IMU的捷联航姿系统软件算法。特别是在信息融合模块中采用了基于模糊推理的变加权系数多传感器信息融合算法,从而实现对惯性数据的融合,减小了系统随时间积累的航姿误差,保证航姿系统的精度指标满足要求(静态航姿精度±1.0°,动态航姿精度±2.5°)。软件算法的验证采用低成本MT9-B惯性测量组件的实测数据分别进行了静、动态实验。实验结果表明,所设计的软件算法可时实进行低成本陀螺的零偏估计与补偿,并能准确地进行多传感器信息融合,从而能够有效地提高系统的航姿精度。

舰船捷联航姿系统自主粗对准仿真与实验研究

对舰船光纤捷联航姿系统的粗对准技术进行研究,列出3种粗对准方法:传统的解析式粗对准、二阶调平方位估算和凝固解析式粗对准,给出了其推导过程,第3种方法的最大特点是基于重力加速度信息在惯性坐标系内积分得到姿态矩阵。完成了大量的仿真工作,进行了静基座、摇摆基座的仿真与分析,并将后两种方法嵌入到实际的光纤捷联系统中,进行了系泊实船试验,从工程应用的角度对其进行了验证。实验证明凝固解析式方法可以有效地实现舰船在摇摆晃动基座下的粗对准,完全可以在其基础上进行精对准。

旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差,从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度,并进行了系统仿真实验。仿真结果表明:经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。

基于DSP的小型捷联惯性航姿系统研究

针对微小型应用场合,设计了基于DSP的导航计算机,成功构建了低成本小型捷联航姿系统。重点描述了DSP导航计算机的硬件设计思路,特别是“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)”的特殊的主从式双CPU结构。扼要介绍了系统软件的框架结构。实验表明:基于DSP的捷联惯性航姿系统,性能稳定、达到了设计精度,降低了成本,成功的实现了系统的小型化。导航计算机体积仅为65×80×10,对导航系统在小型化领域推广应用具有实际意义。

捷联航姿系统加速度计振动噪声平滑技术

捷联航姿系统(AHRS)主要用于输出载体的姿态与航向信息,是现代机载航电系统的关键设备。航姿系统工作过程中,载体的振动会增大惯性测量器件(IMU)输出噪声,降低航姿解算精度。针对于此,研究了飞机振动环境下的捷联航姿系统惯性器件输出的特性,设计了一种基于模糊推理的自适应变步长平滑滤波器,最后通过线性随机振动试验对滤波器性能进行了验证。试验结果表明,设计的滤波器可以有效抑制振动环境加速度计测量噪声,提高航姿系统在机载飞行环境中的姿态输出精度。

无人机捷联航姿系统磁航向误差分析

为进一步提高某型飞机捷联航姿系统的磁航向精度,分析了该系统中姿态角误差对磁航向精度的影响,详细推导了磁航向角的误差公式。结合某型飞机的特点,对误差公式做了进一步简化分析,结论表明磁航向角的误差大小主要由姿态角误差的平方和决定。采用试飞数据进行仿真,结果验证了误差公式及分析结论的正确性。

模糊推理在捷联航姿系统中的应用

为了减小捷联航姿系统航姿解算过程中陀螺漂移和积分过程等因素对航姿精度的影响,结合各传感器输出与载体运动状态相关的特性,提出了一种基于模糊推理的IMU(惯性测量组件)/磁传感器信息融合方法。通过模糊推理系统判断出载体当前的运动状态,在准静态下对IMU中陀螺解算的姿态信息和加表解算的姿态信息进行融合可提高载体的姿态精度,对陀螺解算的航向信息和准静态下磁罗经提供的航向信息进行融合可提高载体的航向精度。经过跑车试验且与跑车过程中作为基准的光纤/GPS航姿系统的航姿结果进行比较,验证了该推理过程和融合算法的正确性。

信息融合在捷联航姿系统中的应用

在捷联式航姿系统的软件算法设计过程中,为了减小航姿解算过程中因陀螺漂移等因素造成的随时间推移而积累的姿态误差,采用了基于磁罗盘、加速度计和速率陀螺三种传感器的信息融合技术,从而实现了对姿态积累误差的不定时修正。对基于该融合算法的捷联航姿系统进行了多次静态试验和跑车试验,并以国外某型高精度光纤/GPS组合系统为基准进行了精度考核,试验结果表明设计的航姿系统动态姿态精度为±1.0°,从而验证了融合算法的有效性。

捷联式航姿系统中四元素算法Kalman滤波器的实现研究

本文基于四元素算法推导了姿态算法和捷联惯导系统误差模型,并设计了Kalman滤波器。在此基础上分析了误差模型的随机噪声补偿和提出了航向修正。仿真结果表明,本文讨论的这种Kalman滤波器能保证航向精度,具有实际应用意义。

基于DSP的小型捷联航姿系统的设计与仿真

针对以捷联惯导为中制导的战术导弹,设计了一种基于数字信号处理器(DSP)的小型数字化捷联航姿应用系统,并对捷联航姿系统的算法及器件误差补偿进行了分析与仿真。首先针对捷联航姿系统提出了器件误差的简化模型,然后通过对比四阶增量法和四阶龙格库塔法解四元数微分方程,提出了以四阶增量法为基础构建快速执行算法。最后采用一组实测信号对系统进行了仿真验证。结果表明,传感器的精度对仿真结果具有明显的影响,对惯性器件的实时误差补偿是非常必要的。所选算法的计算量与存储量都不大,在实际计算中可以选用。该系统具有运算速度快、精度适当等特点,不仅可用于小型战术导弹,也可用于其它低成本的小型导航领域。

应用虚拟仪器技术的捷联式航姿系统

结合捷联式航姿系统的研究开发和运行特点,阐述了应用虚拟仪器技术提高研发效能的优越性。用虚拟仪器的体系结构实现了硬件与软件的完美结合。使用四阶龙格-库塔法实现四元数捷联修正算法,应用虚拟仪器技术设计了一套捷联式航姿系统。

捷联系统航姿算法分析

本文对几种捷联系统航姿算法进行了分析和比较 ,提出了在采用角速率输出陀螺的情况下的一种高精度算法 ,并给出了在圆锥运动环境下的仿真结果。

光纤陀螺捷联航姿系统CAN总线设计

针对光纤陀螺捷联惯性航姿系统对通讯实时性、可靠性和抗干扰要求高的特点,基于独立的CAN控制器SJA1000设计了光纤航姿系统CAN总线通讯节点,提出了CAN总线软硬件设计方案,解决了CAN控制器与系统主处理器地址和数据线分离之间所存在的问题。与传统的RS232/422/485、1553B等相比,采用CAN总线有助于将航姿系统、控制设备、测试设备、各种传感器及载体其它电子设备,通过CAN总线互连,构成一个高速、可靠、廉价的现场总线控制系统。考到虑航姿系统的特殊应用背景,制定了CAN应用层协议。实验及实际应用表明,该航姿系统通讯实时性、可靠性好,抗干扰能力强。

捷联惯性航姿ARINC429接口系统的设计与实现

分析了捷联惯性航姿系统接口系统设计与实现的思路，在保证系统精度和实时性要求的前提下，实现了实际接口系统中4组ARINC429板卡间的组网数字通讯。针对传统数据传输方式的不足，提出了一种环形缓冲区的数据通讯软件设计方法，在此基础上引入静态局部变量，取得了很好的效果。测试结果表明，该接口系统设计合理、实时性好、数据传输精度高，完全满足了捷联惯性航姿系统的技术性能要求。