旋转式惯导系统的标度因数误差效应分析

旋转式惯导系统的标度因数误差效应理论分析关系系统的设计和精度的提高。从旋转式惯导系统的误差传播方程出发,推导了光学陀螺旋转式惯导系统中由于标度因数误差引起的数学平台角度误差表达式,并以此为基础,分析了非对称性标度因数误差的自动补偿效应、地球自转与对称性标度因数误差的耦合效应、转轴方向上的标度因数误差效应等现象,最后得到了要减小或者消除这些误差效应所应该注意的原则和结论。分析表明,合适的双轴转动方案能够补偿全部三个陀螺的非对称性标度因数误差;采用三轴或者三轴以上的转轴,能消除对称性标度因数误差与地球自转耦合引起的导航误差;为防止对称性标度因数误差和转位运动耦合而引起的大的导航误差,应采用正反转相结合方案。

光学陀螺旋转式惯导系统的安装误差效应分析

在光学陀螺惯导系统中,利用系统旋转自动补偿可以有效地减小惯性元件漂移对系统导航精度的影响,从而实现高精度、低成本的惯性导航要求。首先从光学陀螺旋转式惯导系统的误差传播方程出发,推导了系统中由于光学陀螺安装误差引起的数学平台角度误差表达式。以此为基础,分析了旋转式系统中的安装误差引起的误差效应及自动补偿安装误差所应满足的条件,为系统设计和精度分析提供了理论参考。

旋转式惯导系统光纤陀螺在线自标定方法

针对旋转式惯导的光纤陀螺标定问题,基于旋转式惯性测量单元设计了标定光纤陀螺误差参数的最小二乘估计算法和相应的在线标定方案.基于标定结果可改进惯导系统的初始对准:对基于Kalman滤波的初始对准,可进行模型降阶,从而降低滤波运算量;对基于参数辨识的初始对准,根据标定的参数可以计算出陀螺的等效零偏,降低方位失准角初始值的近似误差.由于各陀螺输出信号处理过程相互独立而且具有对称性,在硬件实现过程中对递推最小二乘解算模块分时复用,可以节省2/3运算逻辑资源,其中的三角函数和除法器可进一步通过分时复用进行优化.本文提出的标定方法精度高,对初始对准精度有改善效果,同时易于硬件实现,因此工程实用性强.

旋转式光纤陀螺惯导系统随机误差抑制技术

采用旋转调制技术能够有效降低陀螺常值漂移和加速度计常值零偏对导航系统精度的影响,但其对陀螺随机漂移和噪声几乎没有抑制作用.惯导系统在随机干扰的作用下输出误差将发散,影响系统长时间的导航定位能力.通过对抑制随机干扰误差的阻尼技术进行研究,提出一种具有阻尼特性的旋转式光纤陀螺惯导系统,利用阻尼技术抑制随机干扰对导航系统精度的影响.从仿真结果可以看出,具有阻尼特性的单轴旋转光纤陀螺惯导系统精度提高1倍以上.当系统采用更高精度的惯性仪表时,随机误差的阻尼抑制效果将更明显.

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.

基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法

初始对准是旋转式捷联惯导系统(SINS)的关键技术之一。传统旋转式捷联惯导精对准方法多采用10维模型,该模型的精对准精度不能满足导航精度要求。针对此问题,提出了一种基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法。首先,将陀螺和加速度计标度因数误差、安装误差扩展为状态变量,建立了28维的精对准模型;然后,对旋转过程中各状态量的可观测度进行分析,根据分析结果将模型优化为13维;最后,采用卡尔曼滤波实现了旋转式捷联惯导系统的精对准。仿真结果表明,与传统初始对准方法相比,该方法能有效提高姿态对准精度,并估计出更多陀螺误差项。

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。

ADOP可观测性分析方法在旋转式惯导初始对准中的应用

针对旋转式惯导系统多位置初始对准可观测性的问题,对可应用于初始对准方案选择的姿态精度因子(ADOP)可观测性分析方法进行了研究。以惯导初始对准33维状态误差方程为研究对象,分析ADOP方法在旋转式惯导初始对准的转动顺序、停留时间及模型降阶方面的应用。理论分析和仿真结果均表明该方法控制灵活、直观有效,能够为旋转式惯导初始对准应用中最佳方案选择提供依据。

论混合式惯性导航系统

惯性导航系统是当代空、天、海、陆各类先进运载器所不可或缺的一项自主导航定位装备。简要回顾了平台式、捷联式以及旋转式惯导系统的发展历程和各自优缺点,在此基础上提出了集平台式、捷联式和旋转式惯导系统优点于一体的混合式惯导系统新技术途径。介绍了这种新型惯导系统的概念、原理、特点、关键技术,样机实验结果验证了该技术途径的优越性和可行性,为该系统的未来研发和应用提供了技术基础并指出了研究方向。

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。