Error model identification of inertial navigation platform based on errors-in-variables model

Because the real input acceleration cannot be obtained during the error model identification of inertial navigation platform, both the input and output data contain noises. In this case, the conventional regression model and the least squares （LS） method will result in bias. Based on the models of inertial navigation platform error and observation error, the errors-in-variables （EV） model and the total least squares （TLS） method axe proposed to identify the error model of the inertial navigation platform. The estimation precision is improved and the result is better than the conventional regression model based LS method. The simulation results illustrate the effectiveness of the proposed method.

高精度惯性平台连续自标定自对准技术

提出了一种新的惯导误差系数标定方法———连续自标定自对准方法。利用外部参考力矩驱动平台按照一定角速度旋转,在平台加矩角速度、地球自转角速度和重力加速度的影响下,惯导平台的加速度表输出包含陀螺误差系数、加速度表误差系数、平台对准误差以及陀螺和加速度表的安装误差等全部误差信息,并由此得到平台失准角动态方程与加速度表的输出方程。在设计的平台连续旋转轨迹下,使用迭代Kalman滤波获得了全部平台误差系数的精确估计。与传统的多位置翻滚标定方法相比,该方法标定时间短,标定精度高,系统误差参数估值具有良好的收敛性。

基于欧拉平台误差角的SINS非线性误差模型研究

捷联惯导系统(SINS)误差模型是研究SINS误差传播特性和进行多导航系统间信息融合的基础。文章利用欧拉平台误差角表示理论导航坐标系与计算导航坐标系之间的失准角,推导了SINS非线性误差模型,在大方位失准角误差和小失准角误差条件下做了简化研究。提出了基于外界阻尼信息的阻尼SINS算法及其误差模型,有利于减小计算量和降低误差分析的复杂性。最后,对大欧拉平台误差角下SINS误差模型进行了准确性检验,仿真结果表明误差模型能完美地反映SINS误差特性。

惯导平台漂移误差参数估计的方案设计与仿真研究

本文研究了惯导平台漂移误差模型的参数辨识技术。平台漂移的误差源主要包括惯性器件的输出误差及其安装误差等，在测漂过程中让平台先后处在几个不同的位置，使各种误差源都能受到重力的激励。取加速度计或框架角的测量值做为系统的输出。框架角和误差系数都被定义成了状态变量，这样参数辨识问题就转化成了对状态变量的估计。由于状态和观测方程都是非线性的，故采用了扩展的卡尔曼滤波器。本文设计了六位置方案，进行了仿真。结果表明，该方案可以获得较好的辨识效果。

基于离心机测试的惯导平台误差系数辨识研究

为解决惯导平台误差模型辨识中与加速度高阶项有关的误差系数的辨识问题,提出一种基于离心机测试的惯导平台误差系数辨识的方案。通过分析惯导平台在过载状况下的受力,给出惯导平台在离心机上的安装定向及其误差系数的辨识方案。按该方案利用扩展卡尔曼滤波估计算法在某型惯导平台上进行误差系数辨识实验。结果表明,此方案可有效地辨识出惯导平台误差型中与加速度高阶项有关的误差系数,且精度较高。

非全姿态惯性平台小角度射前自标定方法

为实现非全姿态惯性平台全装弹状态下的射前自标定,提高导弹射击精度,提出了非全姿态惯性平台在小角度状态下射前自标定方法。通过对导弹飞行过程中平台的受力分析,确定了平台误差模型中产生漂移最主要的六项误差系数,设计了使平台转动到预设角度并自动锁定的控制电路,控制平台在初始和小角度倾斜两位置处锁定,使六项误差系数受到重力加速度的有效激励,最后利用构建的闭环力矩反馈回路进行测漂,分离出各误差系数。精度分析表明,标定精度能够很好地满足系统要求。与传统方法相比,该方案利用小角度倾斜状态实现三轴同时测漂,仅需平台在两个位置间转动一次,其自标定时间缩短为借助转台多位置标定时间的25%。

基于EV模型的惯导平台误差分离方法

针对惯导平台误差分离过程中输入输出观测数据均含有噪声的问题,应用基于EV模型的总体最小二乘方法进行误差分离。给出了惯导平台的误差模型及误差观测方程,介绍了EV模型及总体最小二乘方法,分析了利用车载试验进行误差分离时平台的安装方式以及所需的外测信号等问题。应用最小二乘法和总体最小二乘法进行仿真对比研究。仿真结果表明,基于EV模型的总体最小二乘法对惯导平台的误差系数分离精度较最小二乘法要高。

振动条件下平台惯导系统误差抑制技术研究

飞行载体在发射运行过程中常常处于振动环境中,从而影响惯性平台的导航精度。为了更好地辨识振动条件下的平台漂移误差系数,根据小角度的平台误差角模型,推导出了加速度计输出与平台误差角之间的关系,并按照该模型建立了描述平台漂移的状态空间方程和量测方程。将平台漂移角及漂移角速率作为状态变量,利用自适应卡尔曼滤波进行估计。试验结果表明,估计收敛速度快且趋于稳定,能够有效抑制惯导系统速度误差发散,相比较于未补偿平台漂移角,振动后最大速度误差降幅82%~83%。

一种新的十六位置惯性平台自标定方法

针对目前惯性平台标定误差系数较少的现状,文中探索出一种新的十六位置自标定方法。首先通过分析平台结构和相关安装误差,推导出包含54项误差系数的误差模型;在此的基础上,首次分析了框架轴旋转顺序对系统可观测性的影响;结合平台实际和误差模型,给出了一种新的十六位置自标定方案,并分析了该十六位置相比工程中常用的十六位置的优越性。仿真结果显示该方案可较高精度标定出全部的误差系数。文中提出的标定方案具有易于工程应用的优点。

惯导系统初始对准误差模型研究

论述了惯导系统 (INS)误差模型的重要作用 ,介绍了惯导误差方程推导必须遵循的步骤以及误差方程所涉及的坐标系的关系。根据基本的运动学方程 ,推导了动基座条件下基于计算坐标系和基于真实坐标系的平台惯导系统速度误差方程及通用 ψ、φ姿态角误差模型。根据推导出的模型 ,分别给出了两种特殊情形下的 ψ、φ姿态角误差模型。

惯性平台系统误差的自补偿

提高惯性平台使用精度的途径之一是用计算机实时补偿平台误差的系统分量。首先介绍仪表和平台的误差模型，重点讨论如何从３个含有测量误差、安装误差和基准漂移误差的加速度计输出信号中，分离出载体飞行加速度沿制导坐标系三轴的分量。对由于惯性基准的漂移而引起的载体姿态角的测量误差也进行了分析。

VC环境下捷联惯导系统误差建模与仿真平台设计

分析了捷联惯导系统误差来源,构建了由器件误差、安装误差及初始条件误差共31个误差源组成的捷联惯导系统误差模型。为提高代码重用率,在VC环境下建立仿真平台,并通过调用Matlab引擎,用图形化方式量化了各种误差源对导航结果的影响。结果表明,设计的仿真平台能够提供高效的误差分析手段,可为捷联惯导系统的误差分配和器件选型提供参考。

高精度全姿态惯性平台的自标定

传统的惯性平台的标定方法存在很大的局限性。根据高精度惯性仪表的特性,对传统的误差模型适当地进行了简化,建立了供自标定使用的陀螺仪、加速度计误差模型;针对三框架四轴全姿态惯性平台,提出了一种七位置自标定方案;给出了公式解算方法及数据测试方法,占用时间约40min,共分离出包括两个水平地速分量在内的20项误差系数。通过自标定时间、精度分析,表明该自标定方案有助于缩短平台的测试时间,提高武器系统的使用精度。

半球谐振陀螺平台惯导系统自标定方法研究

半球谐振陀螺作为一种新型固态陀螺,已开始应用于平台惯导系统。从HRG完整误差模型出发,推导其应用于平台惯导系统时的简化误差模型。在此基础上,设计了一种7位置HRG平台惯导系统自标定方法,能够在没有方位基准条件下标定出HRG平台惯导系统包括初始方位角和陀螺安装误差在内的19项误差系数。仿真结果表明,该自标定方法标定时间短,具有较好的精度。

半球型动压气浮轴承陀螺仪的静态误差模型

为研究三自由度比力作用下半球型动压气浮轴承气膜变形对平台惯导中三浮陀螺仪输出的影响,提出了一种通过求解Reynolds方程来计算陀螺仪静态误差的数学模型。首先,在考虑气体稀薄效应条件下,针对三浮陀螺仪中的半球型动压气浮轴承给出对应的Reynolds润滑方程;然后,用有限差分法求解气膜压力场,并利用得到的载荷与转子位移计算陀螺仪静态误差;最终,通过回归分析,得到半球型动压气浮轴承陀螺仪的静态误差模型。为简化回归分析的过程,引入干扰力矩与比力的周向夹角和径向干扰力矩作为中间参数,将三元回归分析问题转化为二元回归分析问题。计算结果表明:径向干扰力矩随着轴向比力的增大而增大,随着径向比力的增大呈现先增大后减小的趋势;干扰力矩在周向上超前比力1.35~1.55 rad。本文静态误差模型可预测300 m/s^2以内任意方向比力作用下由转子位移所引起的陀螺仪静态误差。

基于双回路扩展卡尔曼滤波的惯性平台连续自标定

为解决传统的惯性平台连续自标定中,由于系统非线性强、状态向量维数大引起的滤波收敛速度慢、对滤波初始条件敏感等问题,研究了一种双回路扩展卡尔曼滤波方法。首先给出了平台连续自标定的误差模型;然后根据加速度计误差与导航误差之间的关系,对加速度计输出进行预滤波得到加速度计输出误差;同时通过分析陀螺仪误差在平台连续自标定过程中的传播特性,将耦合在加速度计输出误差中的陀螺仪误差解耦;最后以陀螺仪误差和加速度计输出为观测量,建立了陀螺仪和加速度计的扩展卡尔曼滤波方程,分别对陀螺仪和加速度计误差系数进行标定,实现双回路扩展卡尔曼滤波。仿真结果表明,该方法能够在900 s内以低于0.05%的相对误差标定出所有的平台误差系数,并且对滤波初始条件不敏感,可以有效地扩展连续自标定方法的实际应用。

基于D-最优的惯性平台自标定方案设计

惯性平台自标定的标定方案设计目前多是依靠经验人为设计,而没有比较系统的标定方案设计方法,为解决此问题,提出了一种基于D-最优理论的惯性平台自标定方案设计方法。首先分析给出了包含36个待估计参数的平台系统误差模型;然后以陀螺仪和加速度计的输出模型为回归模型,将惯性平台自标定看作一个广义的多元回归问题,以D-最优理论为优化准则,提出了并行设计和串行设计两种标定方案设计思路。将得到的优化方案与传统的十六位置标定方案进行了仿真对比分析,仿真结果表明:优化方案的陀螺仪误差系数、加速度计误差系数和加速度计安装误差系数标定相对误差都在1%以下,与传统十六位置标定方案的标定精度相当;但优化方案的陀螺仪安装误差标定相对误差在5%左右,远远优于传统十六位置标定方案25%的相对误差;而且优化方案的标定位置更少,能够减少标定时间,验证了标定方案设计思路的正确性。

半球谐振陀螺在平台惯性系统中的应用研究

半球谐振陀螺作为新型振动陀螺,具有长寿命、长稳定期、高精度等优点,能显著提高惯性系统的性能。讨论了半球谐振陀螺的特点,分析了其误差模型,研究了半球谐振陀螺在平台惯性系统的应用技术和方法,重点介绍了基于半球谐振陀螺的平台稳定回路、框架归零回路和调平锁定回路设计,并通过试验样机进行了试验验证。