无依托瞄准技术在运载火箭基准确立上应用的研究

针对大型运载火箭无人值守瞄准的需求,提出一种基于激光捷联惯组与瞄准仪相结合的无依托瞄准方法,通过激光惯组自主寻北获得北向基准,再测量出箭上惯性单元棱镜法线与返回光束的准直偏差角,将数据进行合成、解算,最终获得箭上惯组棱镜的初始方位。无依托瞄准技术具有组成简单、自动化程度高、操作流程简化、精度指标可靠的特点,可以提供不大于2’的瞄准综合误差,技术成果满足中国航天发射任务的应用需求,可供未来大型运载火箭瞄准方式参考。

激光陀螺惯组系统级标定方法

针对激光陀螺惯性测量组件在传统的分立式标定中受橡胶减震器影响的问题,从系统的角度对激光陀螺惯性测量组件的标度因数误差、安装误差传播规律进行分析。通过分别绕三只陀螺敏感轴转动激发激光陀螺的标度因数误差、安装误差,通过三只加速度计敏感轴分别指天激发加速度计的标度因数误差、安装误差和零位,从而完成激光陀螺惯性测量组件的系统级标定。在未进行温控及温补的情况下,陀螺仪标度因数误差重复性在3.5×10^(-6)以内,安装误差重复性在3″以内,加速度计标度因数误差和零位在其性能指标内,安装误差在4.5″以内。试验结果表明,该方法满足高精度、长期稳定性好的惯导系统工程应用要求。

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。

激光捷联惯组的双轴位置转台标定仿真

研究了利用双轴位置转台标定时,水平基准误差和北向基准误差对激光捷联惯组(LSIMU)标定精度的影响。首先建立了LSIMU标定模型和生成惯性器件信息的仿真算法,接着设计了LSIMU标定方案和数据处理方法,最后对LSIMU标定进行仿真和分析。仿真结果表明:水平基准误差为0.4′时,加速度计标定误差将达到116×10-6;当北向基准误差大于5o时,oo标定误差将oo0.0001。

旋转自动补偿捷联惯导系统技术研究

利用旋转法补偿陀螺漂移是提高捷联惯导系统精度的有效途径之一。由于旋转的引入,惯性测量单元中陀螺的常值漂移将被调制成周期性信号,通过积分运算可以有效地消除常值陀螺的漂移影响。提出了一种新的单轴旋转调制方案,对该方案进行了理论推导、分析和仿真。与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明本方案可以消除所有方向上陀螺常值漂移的影响,从而大大提高位置和姿态精度。

激光航海惯性组件温度场与热变形有限元模拟

激光捷联惯性组件是航海惯性导航系统的核心部件,惯性组件的温度变化直接影响系统的导航精度。本文利用ANSYS模拟了激光捷联惯性组件的温度场、热应力场和热变形。首先介绍了我们设计的激光捷联惯性组件的结构特征,建立了有限元模型,然后详细介绍了有限元分析中边界条件的处理及换热系数的计算方法,最后给出了激光捷联惯性组件的稳态温度场、瞬态温度场分布情况。实验测试结果与仿真分析结果吻合,计算误差小于2%。利用热-结构耦合法仿真分析了激光捷联惯性组件的热应力场和热变形情况。本文的研究结果可以为激光航海捷联惯性组件温度补偿中测温点的选取、捷联惯导系统变温过程中的标定、惯性组件的热设计以及进一步优化设计等提供参考依据。

动调陀螺标度因数非线性误差补偿研究

捷联惯性测量组件的非线性误差主要体现在陀螺和加速度计的标度因数上,为了减小捷联惯性测量组件中的动调陀螺的非线性误差,提出了一种对陀螺测量曲线进行自适应分段最佳逼近拟合方法.该方法在分析陀螺非线性误差产生的原因基础上,推导出陀螺的标度因数非线性误差补偿模型,设计了试验标定方案,在惯性测量组件的整个测量范围内进行自适应分段,每段用一个高次曲线最佳逼近,可得到陀螺测量模型在每个分段区间的精确函数描述,从而可以对陀螺非线性测量误差进行实时补偿.系统的速率试验和摇摆试验结果表明,自适应分段高次曲线最佳逼近的方法有效地提高了陀螺的角速度测量精度,最大能提高约10倍.

捷联惯性组合在舰标定技术研究

文章研究了捷联惯性组合的在舰标定问题。对于陀螺仪提出以姿态误差角作为观测量,采用系统级标定法进行标定。在标定过程中将舰载主惯导给出的导航坐标系角速率ωnin引入到捷联惯性组合的姿态更新,实现了姿态误差与速度误差和位置误差的解耦,避免了由于所列状态量过多而造成的矩阵维数过大的问题。对于加速度计提出以舰载主惯导对比力矢量的测量值作为参考量,以捷联惯性组合对该矢量的测量误差作为观测量对其进行标定。计算机仿真结果表明,文中给出的方法可以有效地完成捷联惯性组合在舰标定,且标定精度较高,具有较强的实际意义。

激光陀螺动态特性研究(二)

针对激光陀螺动态特性中的相频特性,分析了相位延迟对导弹控制系统实时性和机动性的影响,并指出隔振器不会引入相位延迟,而有限冲击响应(FIR)滤波是造成激光陀螺相位延迟的主要因素.基于角振动台和惯性测量装置(IMU)台体,设计了4个试验状态,采用正弦激励法对激光陀螺的相频特性进行了实际测试.测试结果表明,隔振器的延迟时间最大不超过0.051ms,延迟时间主要来自FIR滤波,符合理论分析结果.

基于四位置转位法实现激光捷联惯性测量组合标定

分析了激光陀螺仪和加速度计的误差补偿模型以及激光捷联惯性测量组合的误差补偿方法,基于四位置转位法实现了激光捷联惯性测量组合在双轴位置转台上的误差参数标定,标定结果表明,该方法能够保证激光捷联惯性测量组合的误差参数标定精度,并且具有对标定设备要求低、转动位置少、操作简单等优点,具有一定的工程应用价值。

一种IMU数据采集软件的设计与实现

激光捷联惯组的寻北及导航精度是武器装备的重要指标之一,它决定着打击瞄准目标的准确度和精度。而提高对激光捷联惯组惯性测量单元(Inertial Measure Unit,IMU)原始信号的采样准确性,确保激光捷联惯组寻北、导航解算所使用的IMU输入数据的可靠性和精度,是保证激光捷联惯组的寻北及导航精度的基础。设计的IMU数据采样软件采用定时中断采集IMU的原始数据,通过FIR滤波后进行寻北及导航解算。经应用验证:激光捷联惯组IMU数据采集处理方法可靠,采集标称精度0.003°/h的激光陀螺、偏值不超过5mg的石英挠性加速度计,可以保证IMU器件的原始精度,满足激光捷联惯组寻北和导航精度要求。

基于捷联惯性导航系统姿态实时性的研究

针对激光陀螺捷联惯性导航系统信号采集、姿态解算、数据输出实时性问题,分析三轴激光陀螺仪和三轴加速度计传感器惯性组件IMU、里程计、高度计、GPS/北斗等数据输入和输出。数据交换一般采用RS-232串行接口、CAN总线接口,难以满足传感器高速实时采样。因此,提出一种采用FPGA双口RAM+双DSP高速数据存取方式,按照时钟同步周期分别实时输出导航数据,可有效解决数据发送、处理、传输到各设备之间的瓶颈问题,最高输出频姿态率可达100 kHz^2000 kHz,实现捷联导航系统姿态状态快速反应能力。实验和仿真表明,该方法可以大大提高系统的周期解算能力,提高载体的机动性能。

基于激光陀螺的鱼雷惯导系统技术研究

对某型鱼雷LIMU进行了深入的技术分析 ,针对未来鱼雷的技术要求 ,分配了对准及LIMU的精度 ,提出了LIMU的主要技术以及要提高鱼雷的定位精度必须进行组合导航 。

基于QUEST算法的激光惯组初始定姿研究

QUEST算法是一种基于多矢量观测的最优化定姿算法。首先针对QUEST算法进行了数值仿真,验证了算法的正确性,然后针对某型激光惯组,应用QUEST算法,设计了详细的初始定姿算法流程,最后进行了激光惯组静态初始定姿实验和连续旋转初始定姿实验。实验结果表明,所设计的初始定姿算法,在激光惯组静止和连续转动情况下,姿态角均较快收敛,且具有一定的姿态跟踪性能,初始定姿结束后均得到较高姿态角精度。进一步分析,本算法也能较好适应其它类型的大角运动干扰情形下的激光惯组初始定姿。

捷联惯性测量组合挠性陀螺静态漂移试验标定

本文研究了捷联惯性测量组合中挠性陀螺静态漂移模型系数的标定问题。对捷联惯性测量组合中挠性陀螺静态漂移误差进行了建模，研究了采用多位置试验对陀螺静态漂移模型系数进行标定的方法。探讨了采用位置试验对捷联惯性测量组合挠性陀螺静态漂移系数可靠地进行标定所需选取的最少位置数，试验证明了用最少位置实验进行标定的有效性。

光纤陀螺仪在惯性测量组合中的应用分析

介绍了闭环方案的干涉型光纤陀螺仪和捷联惯性测量组合。针对惯测组合的特定应用,分析了其面向的系统环境。通过对环境引入陀螺仪的误差项及其控制方案进行了具体分析和比对,提出了较优的应用方案和测试参数。采用该方案的惯性测量组合进行了充分实验和实际应用,证明了其可行性。

自适应FLP滤波在激光陀螺IMU标定中的应用

激光陀螺的高频机抖使得激光陀螺惯性测量单元(IMU)的测量数据包含较大的随机噪声。传统标定方法通过延长测量时间消除对随机噪声的影响,降低了标定效率。提出了应用自适应前向线性预测(FLP)滤波对激光陀螺IMU的标定数据进行降噪,在较小标定数据量情况下提高系统的标定精度。首先通过四方位正反速率标定试验获得原始标定数据;然后通过自适应FLP滤波器对标定数据进行噪声抑制;最后利用降噪后的数据计算标定参数。试验结果表明,该方法能够有效抑制标定数据中的随机噪声,提高信号的信噪比(SNR),从而在标定数据量较小的情况下得到较高精度的标定参数,提升系统的导航精度。

激光陀螺捷联惯组角动态误差分析及其抑制方法

二频机抖激光陀螺捷联惯组在高动态载体上的角动态误差日渐成为影响其应用精度提升的重要因素。针对此问题,从各陀螺抖动耦合激励惯性敏感器本体组件圆锥运动产生误差,以及载体过载、振动环境引起陀螺敏感轴弯曲变形摆动产生单表级圆锥误差两个方面,对激光陀螺动态误差进行了理论分析。结合工程应用实际情况,分别对两项误差进行计算和仿真,得出理论误差可达0.01(°)/h以上,必须进行抑制的结论。根据误差产生机理,总结了合理配置各陀螺抖动频率和提升陀螺敏感轴弯曲刚度以抑制其弯曲变形的措施,并给出了抑制效果,可为提升激光陀螺捷联惯组角动态精度提供参考。

单轴旋转捷联惯性导航系统误差分析与转位方案研究

对单轴旋转捷联惯性导航系统误差调制原理与旋转方案进行研究,分析了单轴旋转调制对各项误差的补偿作用。给出单向连续旋转、大于360°两位置正反转停、小于360°四位置正反转停的3种转动方案,对其中2种转位方案在摇摆状态下进行了长时间导航仿真。仿真结果表明,两位置转停方案与四位置转停方案的长时间导航定位精度相当。结合工程实际,优选四位置转停方案,在自行研制的四位置转停单轴旋转捷联惯性导航系统上进行转台摇摆和车载环境验证试验验证,结果能够满足系统初始设计指标,具有工程参考价值。

基于比对的捷联惯性测量组合不拆弹标定方法

安装在导弹中的捷联惯性测量组合(简称SIMU)随着时间推移陀螺和加速度计误差参数会发生变化,从而导致性能降低。针对拆弹标定工作量大、成本高的问题,提出一种工程上简单实用的不拆弹状态下对捷联惯性测量组合进行误差标定的方法。该方法将高精度捷联惯性导航系统固连在待标定弹上,作为基准,采用类似传递对准的方法,利用大维数卡尔曼滤波对陀螺和加速度计的各项误差进行估计。试验结果表明:该方法能够使SIMU的精度提高到陀螺误差小于6.0(°)/h,加速度计误差小于1 000μg,具有较高的工程实用价值。