光纤陀螺IMU全温三方位速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法

针对光纤陀螺惯性测量单元全温动态环境下测量误差问题,提出一种全温三方位正反速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法,建立了光纤陀螺惯性测量单元误差模型,在每个恒温点设计三方位正反速率/一位置标定方案。采用分段线性插值算法实时补偿系统零偏和标度因数温度误差,系统全温环境下的测量精度提高5倍左右。车载实验结果表明,采用该方法后系统4200 s纯惯性姿态测量误差小于1°。

光纤陀螺IMU的六位置旋转现场标定新方法

针对光纤陀螺惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的误差系数随时间推移而变化的问题,本文提出一种光纤陀螺IMU的六位置旋转现场高精度标定新方法,该方法在使用现场将光纤陀螺IMU在六个位置上进行十二次旋转,然后根据光纤陀螺IMU的误差模型建立42个非线性输入输出方程,通过旋转积分和对称位置误差相消,消除方程中的非线性项,最终求解出陀螺标度因数、陀螺常值漂移、陀螺安装误差和加速度计常值偏置等15个误差系数。实验结果表明,该方法可在没有精密转台的现场实现光纤陀螺IMU的精确标定,其标定精度与基于精密转台的标定精度相当。

直升机光纤陀螺IMU抗振设计及实时滤波方法

振动引起光纤陀螺(FOG,Fiber Optic Gyroscope)零偏误差,非线性、非高斯随机噪声及由其组成的惯性测量单元(IMU,Inertial Measurement Unit)非互易性解算误差,针对直升机航向姿态测量误差问题,提出了一种FOG IMU的机械减振与数据滤波相结合的振动抑制方法,建立了FOG IMU减振装置数学模型,通过优化设计实现线、角运动通道振动解耦,从物理上消除外界高频干扰振动源;研究实时小运算量、低时延数据滤波方法,抑制减振装置谐振干扰和惯性器件噪声,进而减小捷联解算非互易性误差.实验结果表明:采用该方法能有效地抑制外界干扰振动和系统噪声,保证FOG IMU工作稳定性和精度,为研制应用于直升机的高性能航姿导航信息与航向姿态参考系统奠定基础.

一种高精度无定向的光纤陀螺IMU转停标定方法

通过优化测试编排和设计数据处理算法提高光纤陀螺IMU标定的效率和精度。针对光纤陀螺IMU的误差模型,设计了一种基于双轴转台的无定向光纤陀螺IMU多位置转停标定及误差修正方法。将陀螺速率试验和加计24位置实验方案相结合,提出一种无需北向基准条件下,IMU绕Z轴正反转一周后,分别绕X轴和Y轴以60°和120°为间隔的正、反转停方案,转动速率6(°)/s,各位置停止2 min。同时,基于上述标定方案设计了一种标定误差精确修正算法以修正标定后残差。实际测试结果表明,该方案具有传统的标定算法相当的精度,且测试时间由原来的4.5 h缩短到40 min。

基于匀速率26位置法的iIMU-FSAS光纤陀螺仪标定

针对iIMU-FSAS光纤陀螺仪静态26位置法标定结果无法收敛的问题,提出了由外框轴提供稳定转速的匀速率26位置法标定方案,从理论上与静态26位置法进行了对比分析;采用该方法对i IMU-FSAS陀螺仪进行了多天的标定实验,结合静态26位置法有限次迭代的结果,对匀速率26位置法标定参数(零偏、标度因数和安装误差)的合理性和重复性等进行了分析。结果表明:与静态26位置法相比,匀速率26位置法的标定结果不仅能够收敛,且标定结果合理、性能稳定。

一种光纤IMU的双轴非定向标定方法

针对光纤惯性组件确定性误差的特性,建立了标定的数学模型。由于光纤组件标度因数的非线性,使用多项式误差模型替代了经典的常数误差模型。基于建立的模型提出了一种双轴转位机构动静态混合标定方案,使用八位置静态标定方法标定陀螺零偏,采用三轴12个速率的旋转标定方法标定陀螺标度因数误差和非正交耦合误差。针对加速度计采用二十四位置的重力场静态翻滚标定方案,最后使用多项式拟合的数据处理方法计算和补偿光纤惯性组件的标度因数误差。通过实验和补偿结果表明,此方案有效标定了光纤惯性组件的各项确定性误差。

三轴一体IMU组件中光纤环热分析

对某型号三轴一体光纤陀螺捷联惯导系统建立有限元模型,从结构角度分析了惯性测量单元(IMU)中光源和加速度计等发热模块对光纤环温度场分布的影响。分析研究IMU组件在22℃常温稳态下的传热规律,表明光源与加速度计等热源所产生热量将不以传导方式在箱体与IMU台体之间传递,对流与辐射传热对IMU温度分布影响较大;光源为主要热源,是造成Y,Z轴光纤环温度分布不均匀的主要原因;加速度计发热将影响X轴光纤环温度分布。通过+60℃高温瞬态热分析,研究光纤环在极端环境下温度变化规律,表明系统在极端环境下随着温度上升而温度梯度递减,光纤环瞬态温差增大。稳态和瞬态热分析可指导惯导系统IMU部分结构热设计的改进。

一种基于双轴位置转台的IMU快速标定方法

为了简化标定设备,降低标定成本,该文研究了利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组混合标定的可行性。通过分析加速度计和陀螺的标定原理,提出了一种快速六位置标定方案。利用地球重力加速度和自转角速度对加速度计和陀螺进行误差激励,完成标定。首先建立了标定模型,其次设计了位置编排方案,最后进行了实验验证。实验结果表明,快速六位置法能实现加速度计和陀螺误差参数的快速标定,其中标度因数的标定精度与传统方法基本一致,安装误差和常值漂移的精度相对于传统标定方法有所降低,但满足低精度的光纤陀螺惯组的使用要求;同时,与传统标定方法相比,其标定时间由4.5h减少至2h。

系统参数标定以及惯性元件安装误差测量与补偿技术研究

研究了旋转式光纤陀螺捷联惯性导航系统的标定问题。首先分析了系统的安装误差,并建立了陀螺仪、加速度计的输入输出模型,最后给出了相应的标定方法,并给出了具体的实验和数据处理方法。理论分析及实验表明,该方法能够有效地标定出系统的相关参数。

空空导弹光纤陀螺带宽特性研究

带宽是空空导弹IMU的重要指标之一。本文针对空空导弹光纤陀螺动态特征中的带宽特性进行了研究。分析了闭环数字光纤陀螺的带宽特性,以及导航回路、制导回路和稳定回路对带宽的需求,指出导航回路和制导回路要求带宽较高,而稳定回路要求带宽不宜过高。提出了一种工程化的光纤陀螺带宽测试方法,并完成某型空空导弹光纤陀螺带宽测试。

惯性管道测绘仪(IPSS)设计与实现

为了实现石油及天然气管道地理和几何信息的高精度测量,本文设计了一种智能式、超小型的管道测绘系统。该系统由惯性测量单元(IMU),海量存储单元、里程仪和GPS等构成,以轻小型光纤传感器—光纤陀螺为主传感器,结合组合惯性测量技术,通过测绘系统经过管道各点时的姿态和位置信息,可取得被测管道的几何信息。该系统的使用可有效提高管道测量的精度,为管道状态的监视和维护提供依据,同时促进管道测量向全自动和存贮式方向发展。

基于双轴位置转台的光纤陀螺惯组标定方法

为了简化标定设备,降低标定成本,该文研究了利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组标定的可行性,分析了转台位置误差对光纤陀螺惯组标定结果的影响。分别建立加速度计和陀螺的标定模型,推导出利用双轴位置转台进行标定的相关算法及设计了新的标定方案,且进行了相关实验,对实验数据分析结果表明,利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组的标定,标定值与真值基本一致,方案可行。此外,经实验分析,转台测角误差所引起的标定误差最大为2.42×10-6,数值较小,在实际应用中可忽略。

冗余结构光纤陀螺捷联惯组标定优化方法研究

以高精度带冗余配置的光纤惯组为对象提出了一种基于大理石平板正六面体工装的标定优化方法,包括速率法和十二位置法,该方法不依赖转台,仅通过在大理石平板上翻转正六面体完成陀螺与加速度计标度因数、零偏、安装误差的标定。对标定的精度和重复性进行试验验证,结果表明:该方法标定精度与转台标定精度相当,标定结果重复性好,是一种适合工程应用简单有效的方法。

光纤惯组调测试自动化技术研究

针对光纤惯组批量生产中调测试环节技术难度大、操作复杂、生产效率低等瓶颈问题,采用试验设备自动控制、产品数据自动处理以及调测试流程无缝链接等技术,实现了调测试从试验操作到数据处理直至报告生成的全流程一键触发式自动化,大幅提升了调测试效率、过程可靠性和质量一致性。

正六面体工装误差对光纤惯组加速度计零偏标定精度影响分析

研究了利用大理石平板正六面体工装对光纤惯组进行标定时,工装误差对标定精度的影响。首先建立了标定模型,设计了12位置法的标定方案与解算方法,其次分析了工装误差对标定影响的量化关系,并提出减小误差的标定解算方法,最后对理论分析结果进行仿真验证。仿真结果表明,当长宽高为400mm的工装平面度、垂直度、平行度误差均为0.04时,加速度计零偏的标定误差达到0.0001g,与工装误差角大小量级相当。用12位置二向法解算零偏可减小该误差影响。

十表光纤惯组温度控制对火箭入轨精度的影响

对十表光纤捷联惯组的温度特性进行研究,根据惯组飞行过程中的实际温控目标,给出了单边主动数字温控方案。在此基础上,通过实际试验验证温控方案失效对惯组的输出精度的影响,最终通过仿真分析给出惯组温控失效对火箭入轨精度的影响。

一种基于三轴光纤陀螺的小型惯性测量系统设计

针对短航时水下航行体自主研制了一款基于三轴光纤陀螺的小型惯性测量系统,该系统由1只三轴光纤陀螺和3只石英加速度计组成敏感元件,结构上进行了一体化设计,整机具有减振功能;硬件电路采用以TMS320F28335主处理器为核心电路的方案,阐述了主要电路设计和采用的关键技术,提供主要芯片国产原位替代对照关系。系统具有软件在线升级功能,升级后产品具有初始对准和导航解算功能。通过静态导航试验和车载导航试验表明:该系统在正常传递对准条件下,15 min持续对准航姿精度可达到航向角误差不大于0.5°,俯仰角、横滚角误差不大于0.35°,具有高可靠性和较强的抗冲击、振动能力。