Continuous rotation north-finding algorithm based on constrained adaptive Kalman filter

As an orientation measurement system,north-finder has been playing a significant role in both military and civilian fields of orientation and control.In this paper,to deal with drawbacks in the conventional north-finding systems,a dynamic strategy based on continuous rotation modulation to measure the rotational angular velocity of the earth is proposed.By modeling the dynamic error,optimizing the process constraint and estimating dynamic noise,a method combining delay compensation and hardware adjustment,and a constrained adaptive Kalman filter(CAKF)algorithm are designed for the north-finding strategy.According to simulation and experiments,the proposed algorithm can achieve the high-precision north-finding with robust and anti-noise performance.

连续旋转式寻北仪的寻北算法及信号处理

研究一种连续旋转式寻北仪.推导了该寻北仪在无姿态下的寻北解算公式.为了提高系统的寻北精度,对其干扰源进行了分析,采集了陀螺和加速度计的信号,根据其信号特点提出了基于快速傅里叶变换(FFT)的滤波方法,应用该方法对陀螺单次寻北数据进行了滤波,并与原始数据作了比较.在此基础上提出了对多次寻北结果采用多周期平均的数据处理方法.实验结果表明,系统在精确调平状态下寻北340s即可达到0.0083°的寻北精度.

旋转调制式寻北仪滤波技术研究

研究用机械旋转和数字滤波的方法提高寻北仪精度.利用连续恒速旋转方法对陀螺信号进行调制,用积分方法进行解调,以抑制陀螺常值漂移、漂移趋势项和刻度因数误差对寻北精度的影响,用设计的低通滤波器对含有随机漂移和系统干扰的陀螺信号进行滤波.实验结果表明这两种措施可有效提高寻北仪方位角估计精度.

基于光纤陀螺的捷联寻北仪误差分析

光纤陀螺寻北仪的静态误差包括陀螺误差、倾斜角测量误差、安装误差、转位控制误差、物理量(纬度、地球重力加速度)误差等。分析各种误差对四位置寻北精度的影响机理,重点详细推导误差模型,并进行仿真验证。仿真结果表明:陀螺精度对寻北精度的影响最大;转位误差和安装误差的影响大于倾斜角测量误差影响,纬度误差影响最小;同时,除安装误差外,其他误差对寻北精度影响的大小都随纬度的增高而增大。在对各种误差深入分析的基础上,指出提高寻北精度的可行性方案,为高精度光纤陀螺寻北仪的研制提供了理论基础。

光纤陀螺寻北仪控制系统的设计和实现

陀螺寻北系统在军事和民用领域具有极广阔的应用。该文介绍了一种使用光纤陀螺实现自寻北系统的实现方法。系统采用DSP和计算机相结合的方法，其中用DSP进行数据采集及系统控制，DSP和计算机以RS232串口方式进行通信，用计算机实现数字滤波、数据解算和实时状态显示，完成寻北。寻北结束给出初始方位角，并用激光光斑指示北向。已完成的系统根据采用陀螺精度不同，达到3～10mrad寻北精度，可以满足相应寻北精度要求的军事和民用目的。

捷联寻北仪方位角误差分析

应用捷联惯导系统的基本理论研究了动力调谐陀螺寻北仪在有姿态时,由于坐标不一致性和纬度的计算误差引入的寻北误差,为全方位补偿和姿态补偿提供了理论探索。仿真和实际系统结果表明,由方位角引起的方位角误差与纬度及姿态有关。

小波去噪技术在捷联寻北仪中的应用

为了提高捷联寻北仪在动态干扰下的精度,采用小波去噪法对寻北仪的原始输出信号进行处理.通过对多尺度下信号的小波变换系数及模极大值的跟踪,发现有用信号为平稳信号,而干扰信号的模极大值并不都随尺度的增加而减少,因此提出模极大值与软阈值相结合的方法.对随尺度增大的模极大值用其左右相邻几个非模极大值平均值替代,滤去李氏指数大于0的干扰信号;对李氏指数小于0的噪声采用软阈值法去噪.该方法可使寻北精度达到1mrad.

小波域中值滤波器在陀螺寻北仪中的应用

研究了利用小波变换消除陀螺干扰漂移的方法.通过对陀螺寻北仪两位置寻北方案的分析,表明陀螺随机干扰信号是影响系统精度的主要误差源.为此将中值滤波与小波阈值去噪相结合构造了小波域中值滤波器,并应用于陀螺数据处理中.寻北试验结果表明,该滤波器在有效对白噪声滤波的同时也能较好地去除脉冲噪声,与传统的去噪方法相比,寻北精度提高20%,对陀螺各种干扰信号具有很好的抑制作用.

积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究

寻北方法是陀螺寻北仪的重要研究对象。在分析智能陀螺寻北系统的光路及采集系统基础上,对积分法进行了深入的理论分析,并讨论了其在智能寻北系统中的应用研究。利用JT—15型陀螺寻北仪,分别用中天法和积分法进行了寻北测量的对比实验,中天法测量的标准偏差不超过11,″积分法测量的标准偏差不超过9″。实验结果表明:积分法可以得到比中天法高的测量精度,在全自动智能寻北系统中可替代中天法进行寻北测量。

全自动智能陀螺寻北仪中待测光标信号采集模块的设计

介绍了全自动智能陀螺寻北仪的硬件系统原理图.基于CPLD技术设计的电路驱动CCD图像传感器,通过待测光标信号采集模块,实现陀螺仪光标信号的高精度自动采集.实验表明该模块能有效的代替人眼对光标进行识别,可以减少测量结果对操作人员素质的依赖,使寻北仪的寻北精度从原来的30″提高到5″,为仪器寻北全自动化和智能化奠定了基础.

寻北仪数据采集系统的设计与实现

介绍了 8 0C196KC单片机系统在捷联式寻北仪陀螺仪和加速度计的数据采集、数据处理和串行通讯中的设计与应用 。

基于动调陀螺的单轴平台寻北仪及其误差分析

针对实验中发现的某寻北仪方位漂移与固定该寻北仪的载体的初始方位近似成180°周期函数关系的现象,基于动调陀螺单轴平台寻北仪的基本工作原理,导出了陀螺漂移对寻北仪方位稳定性产生影响的微分方程,并就陀螺漂移的各种不同情况对寻北仪方位稳定的影响进行了仿真分析。结果表明陀螺漂移是导致寻北仪系统出现此现象的原因。

一种实用旋转调制式陀螺寻北仪的设计

提出一种实用的旋转调制式陀螺寻北仪结构,由1个单轴光纤陀螺(FOG)、2个石英加速度计和旋转机构组成,完成寻北的同时还可以得到具有一定精度的纬度信息。推导了寻北原理公式。基于递推最小二乘法开发了实用的算法,以消除陀螺漂移和噪声对寻北精度的影响。进行了误差分析,指出影响寻北精度的重要因素是陀螺漂移的稳定性,对寻北精度进行了理论计算。研制原理样机进行了8位置寻北试验,结果表明:3min内方位角估计值进入0.1°误差带,重复性精度可达0.071°,纬度精度可达0.068°.

速率偏频激光陀螺寻北仪标度因数的在线估计

为满足高精度寻北的工程需求,针对激光陀螺内部腔体温度变化和锁区不稳定性等因素会使速率偏频激光陀螺标度因数发生缓慢变化的问题,提出了在线估计标定因数的方法,并研究了速率偏频激光陀螺寻北仪及其标度因数测量误差。首先,通过标度因数实验研究其变化规律;然后,仿真分析了激光陀螺标度因数测量误差对寻北精度的影响;最后,根据陀螺测量值周期重复变化规律,提出了一种在线一阶递推估计标度因数变化的算法,通过引入单轴转台的角度测量值,得到了标度因数的变化参数。仿真分析表明,该算法对速率偏频激光陀螺标度因数变化的估计误差优于1×10-6,由标度因数变化引起的寻北标准差减小至2″左右。寻北实验结果表明,该算法能够有效抑制标度因数变化引起的寻北误差,5 min寻北标准差达到24″,基本满足高精度寻北的需求。

基于三次B样条小波变换的寻北仪抗基座扰动研究

为消除连续旋转式寻北仪寻北时基座扰动对寻北精度的影响,提出对动基座下寻北仪的信号进行多尺度小波分析,通过多尺度下小波变换的模极大值对受到干扰的信号进行奇异点辨识,准确地确定出寻北仪信号受到干扰的起点和终点,并根据连续旋转式寻北仪的工作特点,将受到干扰的数据段用上周同一时刻的数据段进行替代,消除了基座扰动对寻北精度的影响。试验结果表明,该方法能有效提高连续旋转式寻北仪抗基座扰动的能力。

单自由度磁浮陀螺寻北仪的控制及分析

提出了一种结构简单的新型磁悬浮寻北仪,建立了电磁轴承约束的单自由度陀螺罗盘的数学模型,讨论了陀螺框架轴在弹性约束下偏离铅垂方向对寻北精度及定向时间的影响。采用动态补偿器使磁浮轴承系统稳定工作,并通过适当选取控制策略,有效地降低了由于框架轴运动而造成的寻北误差,并解决了可能出现的转子轴轨迹发散的问题。仿真结果表明,该磁悬浮寻北仪具有明显优于现有寻北仪的性能,当寻北时间为40 s时,定向误差小于2.3081×10?11 rad。

旋转式光纤陀螺寻北仪研究

基于光纤陀螺和旋转调制技术的优点,提出一种单陀螺寻北仪。采用1个单轴光纤陀螺、2个石英加速度计和旋转机构组成系统,寻北同时还可得到具有一定精度的纬度信息。给出了寻北原理公式,基于递推最小二乘法开发了实用的算法,以消除陀螺漂移和噪声的对寻北精度的影响。通过误差分析对寻北精度进行理论估计,指出影响寻北精度的重要因素是陀螺漂移的不稳定性并使用光纤陀螺测试数据进行半物理仿真。仿真结果表明,3 min内方位角估计值进入0.1°误差带,重复性精度可达4′。

连续旋转式激光陀螺寻北仪研究

研究一种以激光陀螺为角速度敏感器件的寻北系统。通过分析系统的数学模型及各种影响因素,给出系统的简化模型。为抑制系统噪声提高寻北精度,采用Kalman滤波算法进行寻北解算。仿真结果表明,系统工作3分钟即可达到2.387′的寻北精度。

速率偏频激光陀螺寻北仪中转台测角周期性误差的影响分析

连续旋转式寻北仪以其突出的性能成为当前寻北仪研究的热点,但关于转台误差对连续旋转寻北算法精度影响的分析很少。针对速率偏频激光陀螺寻北仪,研究了转台测角周期性误差对寻北结果的影响。理论分析表明,测角周期性误差的存在会导致寻北结果偏离真实值,必须对其进行建模和补偿以提高寻北精度。对理论分析结果进行了仿真实验和样机寻北实验验证。

光纤陀螺寻北仪样机设计及系统测试

提出了一种基于光纤陀螺的动态寻北方案,运用光纤陀螺测量地球角速度的北向分量.通过对光纤陀螺输出的正弦信号的采样和处理,即可得到地球表面某参考点的方位.描述了光纤陀螺寻北仪的工作原理及系统样机组成,详细分析了转台台面倾斜误差对寻北精度的影响,采用加速度计对寻北精度进行补偿提高.采用多周期多位置采样技术,有效地抑制了光纤陀螺的测量噪声.测试结果表明,在3min之内可获得5′的真北角精度.