一种激光陀螺捷联惯性导航系统级标定方法

为优化激光捷联惯性导航在卧式三轴转台上的系统级标定方案,设计了卧式三轴转台外环轴整周旋转对惯性测量单元(IMU)误差参数的激励方法。基于捷联惯性导航的误差方程,阐述了速度误差与IMU误差参数间的关系,从而建立IMU系统级标定模型。该模型具有加速度计误差参数仅反应在观测量北向分量、陀螺误差参数仅反应在观测量东向分量的特点,消除了加速度计和陀螺误差参数标定误差的相互影响。根据准D最优准则,设计了正二十面体12点计划的双轴位置单轴速率翻滚法,利用最小二乘法辨识出IMU的24项误差参数。通过给加速度计和陀螺加入不同测量噪声,对IMU标定模型进行仿真,结果表明该方法可抑制加速度计和陀螺的测量噪声对标定结果的影响。

激光陀螺捷联惯性导航系统误差分析及仿真计算

激光陀螺随机游走现象的存在,严重影响了捷联惯性导航系统的导航性能。本文用数学分析的方法推导出激光陀螺随机游走造成的系统导航误差标准偏差的解析表达式,以便定量地研究激光陀螺随机游走对系统精度的影响,并提出改进措施。同时按照给定的飞行轨迹和随机游走系数,进行了系统数学仿真计算,对仿真计算结果进行了分析。

激光陀螺捷联惯性导航系统的误差系数标定研究

惯性器件标定一般都必须对北和调平,以消除地速及重力加速度的影响,但是不适合在靶场及其他野外环境下采用。根据激光捷联惯导系统的误差方程,在激光捷联惯性组合不指北、不调平情况下,通过十位置的标定方法,抵消掉地速及重力加速度的影响,从而得出加速度计的误差系数和陀螺的零偏。最后对实验精度进行了论证,认为此方法可以满足激光陀螺捷联系统的性能要求。本方案利用最少的测试位置,得到了所有需要的信息,利用率高。

四阶龙格库塔法在激光陀螺捷联惯性导航系统中的应用

在激光捷联惯性导航系统中,应用四阶龙格库塔法求解载体速度增量,有效地解决了载体转动过程中三轴陀螺角速度变化对速度的影响,通过与三轴加速度计实测的X,Y,Z方向的加速度叠加,大大减少了导航中速度的累积误差,保证了捷联惯性导航系统在地理坐标系东北天中实时测量载体的三轴运动速度,以及载体航向、横滚、俯仰的快速实时输出,提高了纯惯性导航系统姿态精度和定位精度.动静态寻北、导航实验及捆绑载体测量其姿态跟踪性能的测试结果表明,寻北精度CEP小于0.5密位,横滚、俯仰精度误差小于0.3密位,里程计组合导航精度误差小于1‰.

激光捷联惯性导航系统动态锥动误差建模分析

提出了一种机抖激光陀螺的锥动误差参数建模与补偿方法。首先从机理上分析了锥动误差产生的原因,利用有限元分析方法给出了在不同外界角加速度输入下激光陀螺敏感轴的变形情况;建立了锥动误差的补偿模型,将锥动误差的影响用锥动误差系数表示,该系数仅和激光陀螺自身相关;设计了锥动误差系数的系统级标定方案,利用圆锥运动前后系统的姿态误差与锥动误差系数的关系完成参数标定。然后通过激光陀螺和光纤陀螺的圆锥运动实验,证明了锥动误差的存在;通过系统级的圆锥运动实验,证明了锥动误差的补偿效果。最后通过系统级的振动试验,验证了本文提出的锥动误差补偿方法能够有效地减小振动环境下系统的姿态和速度误差,对提升惯导系统在复杂力学环境下导航精度有着重要作用。

基于激光陀螺的捷联惯性导航系统工程实现技术研究

本文对利用激光陀螺构成的激光捷联惯性导航系统工程实现的关键问题进行了研究，从工程化观点出发，给出了系统的硬件实现原理图。针对激光IMU具有较高测量精度的特点。在系统算法上研究针对性的误差建模和补偿技术，并采用了高效的捷联惯性导航系统算法，针对采用机械偏频技术克服激光陀螺仅固有测量锁区所引入的周期性干扰信号。提出了采用离散傅立叶变换进行频谱分析并设计相应的数字滤波器削弱或消除干扰信号。实际跑车实实验结果表明，上述的激光捷联惯性导航系统的设计思路是可行的，设计的系统性能能够达到预定的要求。

激光陀螺惯性导航系统静态校准方法的研究

介绍了激光陀螺惯性导航系统（ＬＩＮＳ）的误差模型，研究了一种多位置的静态校准方法，通过旋转一个位置分离一个主要变量的方法，逐次分离出加速度计和陀螺的零偏、标度因数误差及不正交角共２０项误差系数并加以补偿。实验研究表明，本方法的校准精度较高，而且时间较短。

旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统

为了在现有惯性传感器水平的条件下提高捷联式惯性导航系统的性能,研制了旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统。该系统由惯性敏感单元、转动机构、高速导航计算机和I/O接口等组成,惯性敏感单元被安置在转动机构上,并作连续周期运动。对该旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统进行了室内转台和室外跑车试验,该系统俯仰角和横滚角误差小于0.1°,航向角误差小于0.4°,定位误差小于90 m/h。对惯性传感器作温度误差补偿工作,该导航系统的定位定向精度还将能进一步提高。

激光捷联惯性导航系统温度误差建模及补偿

温度效应是制约激光捷联系统惯性器件性能提高的重要因素。通过大量温度试验,结合陀螺和加速度计的温度误差特性分析,得到一种工程适用的温度模型;分别对各个惯性器件进行温度误差补偿,提高了系统精度。试验结果表明:该模型不仅改善了高低温状态下系统的性能,而且也适用于大变温率或大范围温度变化环境下的导航系统。温度补偿后,系统的导航定位精度平均提高了近40%。

关于激光捷联惯性导航系统姿态算法的分析

圆锥误差和量化误差是激光捷联惯性导航系统姿态解算误差的两个最主要的误差源。从分析圆锥误差产生的机理出发,分别分析了以角度和角速度为计算参数的圆锥误差补偿算法,并对量化误差对圆锥误差补偿算法的影响进行了研究。通过理论分析和数字仿真,得出在实际工程应用中,采用角速度为输入信息的激光捷联惯性导航系统姿态算法应该在考虑量化误差的情况下,采用以角速度为计算参数的圆锥误差补偿算法。

无陀螺捷联惯性导航系统

结合国内外的研究文献,分析无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS)的导航和力学原理,介绍三种无陀螺惯性测量单元加速度计配置方案,分别就其典型配置重点分析,对该技术的未来研究方向进行展望。

激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定

为评估激光陀螺SINS的性能 ,需对系统中的惯性器件误差 ,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等 ,进行系统级标定 .提出了卡尔曼滤波校准法 ,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差 .其实现过程包括两步 :首先 ,基于降阶处理思想 ,利用SINS的静基座测试数据 ,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量 ;第二步 ,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果 ,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算 ,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值 .卡尔曼滤波校准法的方法比较简单 ,测试易于实现 ,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可 .另外 ,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点 .卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证 .

机抖激光陀螺捷联系统中惯性器件的温度补偿的研究

研究了机抖激光陀螺和加速度计的温度特性。通过重复性温度实验,得到了激光陀螺零偏的温度补偿模型;通过静态特性测试,得到了加速度计的补偿模型。结果表明,得到的模型可以有效补偿惯性传感器的漂移,使陀螺的精度提高了4.6倍,加速度计的漂移小于一个脉冲,并可以通过温度补偿来缩短系统的预热时间,由原来的半小时到基本不需预热;系统的精度提高了1倍。

晃动基座下激光陀螺捷联导航系统初始对准的预滤波

针对激光陀螺捷联惯性导航系统在晃动基座下进行初始对准时激光陀螺和加速度计噪声过大,而采用低通滤波或小波方法不能有效实时地实现噪声抑制的问题,提出一种采用IIR低通滤波器和基于隐式马尔可夫模型的稳态卡尔曼滤波相结合的新的预滤波方法。首先,将传感器输出通过低通滤波,然后,再通过一个基于隐式马尔可夫模型的稳态卡尔曼滤波,从而有效地降低基座晃动带来的噪声,而不降低对准精度。实验结果表明,本文提出的预滤波方法计算复杂度低,滤波效果明显,在发动机开动的情况下,可以把导航系统激光陀螺的噪声标准差由300°/h降至1°/h,加速度计的噪声标准差由11 mg降至40μg。结果表明,提出的预滤波器能够很好地辅助激光陀螺捷联导航系统在晃动基座下完成精对准。

捷联惯性导航系统误差工程化分析方法

针对设计捷联惯性导航系统时系统指标要求合理选择惯性传感器的问题,提出一种捷联惯性导航系统误差分析方法,建立了系统在不同工作条件下的误差模型,给出了在设计捷联惯性导航系统时,纯惯性导航时间小于2min、位置误差小于100m时选择陀螺和加速度计的方法。

温控和温补相结合的高精度激光惯性导航系统

环境温度的变化会引起激光惯性导航系统(LINS)精度下降,提出了一种温度控制与温度补偿相结合的新方法:一方面,对加速度计实施温度控制,同时采用两种材料制成隔热垫,阻止加速度计热量外泄对陀螺造成影响,并在此基础上建立加速度计温度特性传递函数;另一方面,采用分段最小二乘拟合和径向基神经网络拟合的方法,建立了激光陀螺全温段零位逐步线性回归模型和径向基神经网络模型,对激光陀螺进行温度补偿。试验结果表明:在-40℃^+60℃大温度范围内,新方法仅需15 min的预热时间,远小于传统单独温度控制方法预热时间,仅使用单轴温控转台就可以完成LINS温度补偿,降低了温度补偿方案后期维护设备费用,其初始对准精度达到理论精度极限。

挠性捷联惯性导航系统误差补偿技术

为了补偿载体角运动和振动引起的捷联惯性导航系统导航误差,通过分析载体角运动引起的圆锥误差,挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化等因素对导航结果的影响,采用三子样算法和非线性补偿技术,对上述误差进行了补偿。摇摆试验和跑车试验证明,通过上述补偿后,姿态精度、水平定位精度、垂直定位精度有明显的提高。

激光捷联惯性导航中不可交换性误差补偿算法研究

针对激光捷联惯性导航系统姿态和速度算法中所引入的不可交换性误差进行了原理上的分析 ,重点分析了速度计算过程中不可交换性误差产生的原因 .从工程化应用观点出发 ,提出利用等效转动矢量的单子样算法消除不可交换性误差 ,并且推导出了相应的姿态和速度的误差补偿算法 .实际跑车实验结果表明 ,误差补偿后的系统定位误差下降为原来的二分之一 ,表明激光捷联惯性导航系统误差补偿算法的设计思路是可行的 。

激光陀螺捷联惯导系统导航算法设计

结合工程实际应用,充分考虑激光陀螺捷联惯导系统(RLG SINS)的特性,设计出了一套完整的RLGSINS导航算法,包括姿态更新算法、速度更新算法和位置更新算法。在姿态更新算法中考虑圆锥补偿算法,推导了等效旋转矢量的递推算法;在速度更新算法中考虑划船误差补偿算法,推导了划船误差补偿递推算法。大量的车载实验表明,所设计各部分的算法能协调一致工作,解决了RLG SINS高速姿态和速度更新与导航计算机速度间的矛盾,保证了系统在高动态条件下的导航算法精度,可充分发挥激光陀螺的优势,提高RLG SINS的导航精度。

多层局部回归神经网络在激光陀螺捷联惯导系统惯性敏感器误差补偿中的应用

惯导系统误差补偿技术对提高武器装备的性能具有重要的意义 ,而误差补偿的关键在于误差模型的辨识。探讨将多层局部回归神经网络引入到惯性敏感器误差建模中 ,详细介绍了网络结构和对应的自适应动态梯度算法。仿真算例说明 ,多层局部回归神经网络在惯性敏感器输出误差建模时具有一定的优点 :网络收敛速度快、较好的跟踪性能、稳定性好。