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。

一种基于深度学习辅助的SINS/DVL组合导航方法

水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)导航定位精度一定上程度影响了AUV的工作效率,由于GNSS无法在水下使用,以捷联惯导系统/多普勒计程仪(SINS/DVL)的组合导航系统受到众多青睐。DVL在部分情况下会失效,若直接将DVL隔离,系统将变为纯惯性导航系统,严重影响导航定位的精度。为了应对DVL在部分波束缺失的情况,提出了一种DLinear-informer辅助组合导航算法。通过DLinear对原始输入数据特有的分解方式,增强了算法对AUV非线性信息的提取与学习,提高了速度预测精度。实验结果表明:所提算法能够准确预测DVL失效期间丢失波束的速度,降低组合导航的位置误差,提高了系统的鲁棒性和定位精度。

捷联惯导系统(SINS)敏感器斜向配置技术

以四个敏感器的冗余系统为例,对采用冗余敏感器的惯导系统的可靠性进行了分析,对四个敏感器构成的捷联惯导系统的可靠性进行了仿真实验,验证了冗余敏感器可以提高系统可靠性结论的正确性。文中给出非正交敏感器测量值向惯导系统正交坐标系转化的方法和转换矩阵。最后对冗余敏感器的配置方式进行了分析。通过仿真实验,得到敏感器最佳配置的条件。

长航时机载SINS定位精度评估方法

仿真对比不同轨迹条件下的CEP计算方法,提出了长航时条件下机载SINS定位精度的评估方法。仿真长航时轨迹并进行20次纯惯性导航,对得到的水平定位误差进行独立性检验;采用依据可信度的评估法和概率圆精度评估法,对比分析简便计算法、根据径向误差率的计算法和最大值计算法;通过仿真长航时南/北轨迹和三角轨迹得到结论:最大值计算法的CEP值可信度在95%以上,且研制方风险和使用方风险的差值最小,确定适用于评估长航时SINS定位精度评估方法。

基于自适应卡尔曼滤波的RFID/SINS组合导航研究

在室内导航定位中,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术具有信号穿透性强、成本低廉等诸多优点,能够有效代替GPS完成室内组合导航。针对室内惯性导航误差发散和滤波中噪声参数不确定的问题,提出了基于自适应卡尔曼滤波(Adaptive Kalman Filtering,AKF)的RFID/SINS组合导航系统,通过RFID定位系统抑制惯性导航误差发散,并应用AKF将噪声参数与量测输出参数关联实现实时更新。对AKF和标准卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)下的RFID/SINS组合导航系统进行了仿真和实验。结果表明,在AKF下组合导航系统平均定位误差降低了10%,位置稳定性提升了7.4%,定位误差保持在0.07 m左右。基于AKF的RFID/SINS组合导航系统能够满足室内高精度定位导航的需求。

基于DSP F28335和CCS的捷联惯导实时解算

引言 惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。捷联式惯性导航系统则是将惯性器件直接固连在运载体上,惯性器件可以感应运载体的加速度和姿态等信息,且不受任何外部因素的影响,实现自主式导航[1-2]。对比传统的平台式惯导系统,捷联式惯性导航系统具有高度数字化的特点,通过计算机实现其导航平台的功能,数字平台替代物理平台,不仅降低了系统的体积。

机载安装误差对捷联惯导系统的综合影响研究

机载惯导系统的安装误差会引起加速度计输出中的附加干扰加速度,以及陀螺仪输出中的陀螺漂移,从而对惯导系统产生影响。针对捷联惯导系统(SINS)中的机载安装误差进行了深入全面的研究,推导出角安装误差和位置安装误差同时存在时系统的误差模型,并对机载安装误差给导航系统精度带来的影响进行了系统仿真。仿真结果表明:安装角误差和位置误差对于惯导系统的精度带来不可忽视的影响,将会引起惯导系统的迅速发散,必须对其加以补偿。该研究对于提高SINS的对准精度提供了理论依据,具有较好的工程应用价值。

机载武器捷联惯导系统传递对准仿真环境研究

为了更加真实准确地研究机载武器的传递对准过程,设计了一个能够分别模拟主子惯导IMU输出,并包括杆臂效应补偿、机翼振动模型和IMU误差模型在内的用于传递对准研究的仿真环境。建立了滚转角辅助倾斜转弯下的姿态角速度模型,提出并建立了包括安装误差角在内的惯性器件误差模型。通过仿真表明,该仿真环境比较真实地反应了实际的飞行轨迹,既可以作为研究传递对准算法的工具,也为更进一步研究传递对准过程提供了平台基础。

机载导弹捷联惯导系统的对准与校正

──本文通过对液浮陀螺及石英加速度计的误差分析，建立一种机载导弹动基座对准及校正的新数学模型，即利用大维数卡尔曼滤波器完成捷联惯性导航系统调平、对准及陀螺加速度计误差参数估计。理论分析与仿真结果表明，状态与偏差联合的卡尔曼滤波器，在满足一定条件情况下，具有较好的收敛性和稳定性。

一种机载平台/弹载捷联惯导系统余度配置方法

文中介绍了一种以弹载捷联式子惯导为参考的平台/捷联故障检测技术,提出了利用主、子惯导系统中的6路加速度计信号进行余度配置的方案、逻辑及流程,该方案为机载主惯导系统的余度配置提供了一种有效途径。

机载SAR用的GPS/SINS组合导航系统研究

提出了进行SINS姿态校正的四元数补偿算法,采用闭环KF（卡尔曼滤波）技术实时校正惯性仪表误差,补偿四元数误差,修正位置、速度误差。GPS/SINS组合导航系统样机的试验结果表明:采用该文提出的算法后,组合导航精度较高,在组合导航过程中若去掉GPS信息,短时间内纯SINS的导航精度很高,能够满足SAR对运动补偿精度的要求,待恢复GPS信息后,组合导航系统继续正常工作。

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。

基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算

载体的姿态解算算法是实现捷联式惯性导航系统精确导航的核心技术之一。分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,采用四元数法与方向余弦法两种解算方法分别计算载体姿态,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到解算的相对误差,从而验证了四元数法的正确性和有效性。最后,指出提高采样频率和采用高阶计算算法能进一步减小姿态解算误差。数字化仿真与转台试验结果表明,本文提出的载体姿态解算法的理论数值相对误差为10-10%,测试实验相对误差为10-3%,计算时间为36μs,具有良好的实时性。

捷联惯导系统减振设计(英文)

机抖激光陀螺的捷联惯性导航系统结构设计的关键在于惯性测量单元(IMU)的减振设计。文章描述了一种IMU减振系统设计的方法,并在实际应用当中获得良好的效果。IMU减振系统的设计方法主要分为三大内容。首先是对减振系统中减振器的布局方案进行仿真分析,建立减振系统的六自由度振动响应模型,研究减振器布局方案的频谱特性,比较得到减振效果较优的减振器方案。然后针对获得的减振器布局方案,设计IMU结构框架和各向同性的减振器,并采用有限元的方法,对IMU的减振系统进行模态分析,获得IMU减振系统的前20阶模态频率和振型,用有限元仿真分析的方法来验证减振设计。目前这种IMU减振系统的设计方法已应用到某新型捷联惯导系统当中,减少了系统陀螺精度的降低。

捷联惯导系统的误差模型与仿真

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响。应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化了载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型。在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图。在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150s导航试验数据。结果表明:导航系X轴的相对系统误差<20%,Y轴、Z轴的相对系统误差<4%,验证了误差数学模型的正确性。此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生的基本影响。

大气辅助的SINS/GPS组合导航系统研究

高精度导航系统作为无人机自主控制的核心,已成为制约无人机性能提升的关键因素。SINS/GPS(strapdown inertialnavigation system/global positioning system)组合导航系统由于GPS信号易受干扰而无法满足无人机长时间稳定精确导航的需要。在分析大气数据系统特性的基础上,推导了捷联惯导与大气空速、高度误差模型,建立了SINS/ADS(air data system)量测方程,并设计了大气数据系统辅助的SINS/GPS松组合导航系统;针对ADS和GPS输出频率不一致的问题,提出了时间更新和量测更新分离的异步滤波算法。实际跑车验证结果表明,设计的系统能够在GPS受干扰的情况下有效提高系统的精度和稳定性,定位精度可以达到25 m。

捷联惯导系统内杆臂补偿方法及试验验证

在实际捷联惯组中,三只加速度计的比力测量对应于不同的点位置,如果直接作为捷联惯导算法的输入,角运动条件下会引起导航误差。对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑内杆臂效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量,建立了加计组合内杆臂补偿的一般模型方程。针对激光捷联惯性组合,设计了简便的试验方法用于辨识内杆臂参数,高强度的摇摆试验表明内杆臂补偿有效地提高了导航精度,速度误差降低达77%以上。

无陀螺捷联惯导系统

阐述了无陀螺捷联惯导系统的原理，推导了其力学编排方程，提出并论证了提高载体角速度的计算值精度的方法。从而得到了适于工程应用的无陀螺捷联惯导系统方案，对该方案进行了计算机仿真计算。得到了满意的结果。

捷联惯导系统罗经法自对准

研究了摇摆状态下捷联惯导系统罗经法自对准技术,设计了水平、方位精对准参数以及基于MATLAB/SIMULINK的参数分析系统,最后进行了基于VC++6.0的捷联惯导系统罗经法自对准的软件设计、仿真分析与精度评估。仿真结果表明,罗经法自对准在不同海情、不同初始姿态误差角、全方位、带量化误差的条件下均具有较高的对准精度、较好的快速性和动态品质,能够满足捷联惯导系统在摇摆基座下实现自对准的要求,同时为下一步的工程应用提供了依据。

捷联惯性导航系统姿态算法研究

用四元数和旋转矢量在捷联惯导系统中表示姿态矩阵,在圆锥运动的条件下,对旋转矢量算法进行了优化。对四元数、旋转矢量优化算法进行了仿真比较。仿真结果表明:等效旋转矢量算法明显优于四元数算法。