基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状

根据美国 DARPA(the Defense Advanced Research Projects Agency)资助项目的概况,介绍了微电子机械系统(MEMS)惯性传感器领域的新进展,对 DARPA 的特别项目 MEMS-INS(Inertial Navigation System)的进展状况进行了说明。详细描述了惯性技术、导航技术领域内前沿研究机构研究 MEMS INS 的路线,总结了微型导航技术系统算法的研究现状。最后,对 MEMSINS 的发展进行展望,指出 MEMS INS 的发展方向。过去的发展趋势表明:微型惯性技术将向芯片级的超小型 MEMS IMU(Inertial Measurement Unit)和 MEMS INS 以及组合导航的发展方向。

捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差。该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础。基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果。仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿。将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度。

基于MEMS器件的低成本微惯性导航系统设计

设计了一款基于MEMS陀螺和MEMS加速度计的低成本微惯性导航系统。采用"四元数"法进行姿态计算,通过比力变换、积分运算确定载体的速度、位置。分析样机运行结果可知,静态运行15 s,姿态误差最大为1.2°,速度误差最大为4.5 m/s,位置误差最大为33 m。实验表明,该系统发散较快,但短期精度较高,为满足长时间导航,必须与其他导航如GPS组合,即可应用到普通导航领域,且能大大降低系统的成本和体积。

基于MEMS的惯性导航系统研究与设计

提出了一种基于MEMS的捷联式惯性导航系统硬件和软件设计方法。设计了以ARM9处理器为核心的硬件平台,介绍了核心处理器及惯性器件的选型,给出了硬件系统组成;提出了基于嵌入式实时操作系统的软件设计方法,给出基于该操作系统的多任务设计方法及导航算法流程;该导航系统能够实现MEMS信息的实时提取、计算、位姿输出。

DSP在捷联惯性导航技术中的应用

对于捷联惯性导航系统,由于没有稳定平台,需要进行大量的数学运算来实现数学平台,所以导航对计算装置的性能要求就很高.由于DSP芯片特别适合于需要大量实时计算的应用,本文介绍了一种用DSP芯片设计的捷联惯性导航系统.整个系统具有体积小、结构简单、可靠性高等特点.

基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航算法

针对传统指北方位的惯性导航力学编排在高纬度地区因地理经线快速收敛,建立相对于经线的航向越来越困难,以及在地理极点存在奇异值等问题,结合自主水下航行器在导航过程中对自主性、导航精度等需要,提出了基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航方案。给出了横地球坐标系、横地理坐标系等定义以及与常规导航坐标系的转换关系;通过类比常用的指北方位惯性导航力学编排推导了基于横坐标系的惯性导航力学编排;设计了适用于极区的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪组合导航卡尔曼滤波算法;对设计的组合导航系统进行了仿真分析。结果表明,该导航方案能有效抑制方位失准角的增长,导航定位精度可满足自主水下航行器极区导航的要求。

减振系统造成捷联惯性导航误差的有限元分析方法

为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。

冗余配置捷联惯性导航系统可靠性分析

采用容错技术提高导航系统的可靠性是现代导航技术主要发展方向之一，采用冗余敏感器配置的捷联惯导系统具有成本低、重量轻和可靠性高等优点。利用马尔可夫模型对四余度双轴冗余惯性敏感器配置的导航组件的可靠性进行建模，对敏感器质量、故障检测和故障隔离的误差（包括误警率、漏检率和故障隔离率等）、系统任务时间和系统其它部件的故障概率等因素对导航系统可靠性的影响进行了分析和比较。

弹道导弹捷联惯性导航系统误差传播模型

弹道导弹捷联惯性导航系统(SINS)的误差是由陀螺仪和加速度计交叉影响产生的,与平台误差传播过程有本质区别,本文针对弹道导弹捷联惯性系统的实用模型开展了研究,得到了离散形式的误差传播,通过该模型建立的离散卡尔曼滤波仿真表明,模型准确地反映了捷联惯性导航系统的误差,为组合制导和提高射击精度研究提供了有利条件。

捷联式惯性导航系统初始对准扰动补偿控制算法

提出了一种捷联惯性导航系统初始对准扰动补偿二级控制器的设计方法。选取载体的飞行姿态、速度与位置增量建立了扰动补偿控制的状态空间数学模型,基于Backstepping控制方法,通过引入虚拟反馈控制变量设计了非线性控制器,保证大初始扰动条件下系统状态稳定收敛到系统的平衡点集。在平衡点集,设计了H2最优状态反馈控制律,以保证系统状态在平衡点集的渐进收敛。仿真和系统试验结果表明,这种二级补偿控制方法能有效抑制初始对准扰动误差,导航解算精度能够满足工程实际需要。

惯性技术视角下动态重力测量技术评述(三):惯性导航与重力测量的融合

动态重力仪和惯性导航系统的核心元件都是惯性元件,即陀螺仪和加速度计(重力传感器可以认为是一种特殊的加速度计),因此重力测量与惯性导航具有紧密的联系。从比力测量、物理与数学平台、惯性手段辅助重力测量,以及重力辅助惯性导航等方面分析了重力仪与惯性导航系统的紧密联系。并对惯性导航与重力测量的融合应用进行了分析。

联合捷联式惯性导航与全球导航卫星数据的航空矢量重力测量方法

航空重力测量技术是以飞机为载体,快速测定近地空中重力加速度的重力测量方法。经过数十年的沉淀与发展,航空重力测量技术已成为高效测定中高频地球重力场信息的主要手段。航空矢量重力测量技术相较于航空标量重力测量技术,不仅能获取重力扰动矢量的垂直分量,而且也能获取重力扰动矢量的水平分量（即垂线偏差）。

基于卫星惯性组合导航技术的列车多源信息融合定位方法

由于在传统列车定位分析中,并未考虑惯性器件自身误差,导致定位结果误差较大,为此,提出基于卫星惯性组合导航技术的列车多源信息融合定位方法。将BDS(北斗卫星导航系统)和INS(惯性导航系统)构成捷联式惯性导航系统,计算了在常值漂移和高斯白噪声作用下,惯性器件(加速度计和陀螺仪)的误差特性,并借助姿态矩阵将误差转换为导航坐标形式,利用计算得到的结果,对捷联式惯性导航系统采集到的位置信息进行全方位校正,以此实现对列车多源信息的准确获取。测试结果中,设计方法对列车经度、纬度的定位误差小于50 m,高度的定位结果误差小于5.0 m。

基于捷联惯性导航的煤矿监察执法系统设计与应用

针对目前煤矿安全监察部门的执法水平落后,执法监察行为不规范等行业问题,通过研究微机电技术、惯性导航技术、蓝牙定位技术与实时分布式数据库技术,设计了包括执法终端、安全生产执法平台与执法监管云平台三部分的基于捷联惯性导航的煤矿执法系统,经测试在井下执法导航误差不超过3‰。实现了规范执法人员执法、井下执法数据同步、执法过程精准自主导航、执法轨迹可追踪,为煤矿执法监管云平台提供了可信的执法信息。

浅析惯性导航技术的应用和发展

本文首先阐述了惯性导航技术的概念,分为平台式惯性导航和捷联式惯性导航。其次,从全球和中国两个方面概述惯性导航技术的发展,以及在未来惯性导航技术发展方向。最后,讲到了惯性导航技术的应用方向,举出几种常见的导航系统应用,着重探讨了惯性导航技术的应用和发展。

基于捷联惯性导航的井下机车精确定位系统

针对目前矿井电机车运输信、集、闭系统仍存在逻辑功能不够完善,不能准确反映电机车的运行速度和行车方向数据通讯可靠性差以及系统不具备语音通讯功能等问题,采用捷联惯性导航技术引入到机车定位系统中,能更多提供导航和制导信息,提高其容错能力。该机车定位系统通过在义煤集团某矿的试验,证明了实用性,也便于机车管理。

惯性导航及其基于位置信息校正的关键技术研究

论文围绕惯性导航和基于位置信息的捷联惯导系统校正技术展开研究,内容涵盖了惯导系统的基本理论、惯性元件误差的分析与处理、静基座捷联惯导解析法对准、地固系捷联惯导系统关键算法、基于位置信息的捷联惯导系统综合校正技术等。

基于惯性导航的室内定位误差修正算法

针对惯性导航系统(INS)在室内定位过程中,位移误差随时间不断积累而导致定位精度不高的问题,通过分析人行走的特征,以及行走过程中零速点的特性,提出了基于惯性导航的室内定位误差修正算法。使用最大似然估计法对加速度计和陀螺仪的输出参数进行判断,确定零速点,然后通过扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,分别建立定位系统的状态方程和观测方程对误差进行修正。利用Matlab搭建仿真平台,对算法进行了仿真。仿真实验结果表明:改进后的零速检测算法,提高了零速点检测准确率,使位移误差得到了有效抑制,并将定位误差控制在了3%以内。改进算法对室内定位误差修正具有一定的实用价值。

MEMS航天惯导产品及技术发展简介

概述近年来微机电系统(MEMS)在航天惯导方面的发展情况,综述国内外有关MEMS产品的实现方案与性能指标,并对该领域的技术发展方向进行了分析。

基于MEMS陀螺的低成本捷联惯导系统设计

介绍了一种基于MEMS陀螺和石英挠性加速度计的低成本捷联惯性导航系统的设计与实现方法。给出了惯性测量单元(IMU)的模型方程,并在全温下对IMU的输出进行补偿;采用"四元数"法进行姿态计算,通过坐标变换、积分运算确定载体的速度、位置;对惯测样机进行了60 s的静态测试,结果表明该系统短期准确度满足SINS/GPS组合导航系统需求。