IDENTIFICATION OF GYRO DRIFTS UNDER THREE AXIS ATTITUDE COUPLING

ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＧＹＲＯＤＲＩＦＴＳＵＮＤＥＲＴＨＲＥＥＡＸＩＳＡＴＴＩＴＵＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧＪＩＮＧＷｕｘｉｎｇ（荆武兴），ＷＡＮＧＸｕｅｘｉａｏ（王学孝），ＷＵＹａｏｈｕａ（吴瑶华）（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎ...

光纤陀螺捷联惯导系统中陀螺误差传播特性

针对光纤陀螺误差的特点,研究了陀螺误差源在惯性导航系统的传播机理与传播过程。根据捷联惯导误差方程,推导了四元数漂移误差与角增量误差的关系,重点研究了随机游走误差和导航姿态误差的统计关系。通过实验和仿真,分析了随机误差(白噪声和有色噪声)对导航精度的影响。研究结果表明,光纤陀螺随机游走误差不影响导航精度。

基于陀螺仪的随钻姿态测量新算法

水平定向钻进中钻具姿态的实时测量是实现导向的关键因素。针对已有算法的不足和缺点,采用陀螺仪进行钻具倾角、方位角和工具面向角的测量,推导出了相应的姿态角计算公式。同时针对测量过程中存在的陀螺仪漂移误差,采用四元数全姿态互补滤波算法,利用加速度计和磁强计对陀螺仪进行补偿,给出了详细的理论分析和计算过程。实验结果表明:基于传感器组合的四元数全姿态互补滤波算法能够有效地消除陀螺仪漂移误差,获得的方位角测量精度优于±0.3°。

基于四元数和卡尔曼滤波的两轮车姿态稳定方法

针对自平衡两轮车姿态角的在线估计问题,采用四元数的姿态解算算法,利用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法对自平衡两轮车陀螺仪信号拟合,建立了随机漂移误差数学模型,应用卡尔曼滤波融合陀螺仪和加速度计输出的信号,补偿了陀螺仪输出角速度的随机漂移误差,得到了自平衡两轮车姿态的最优估计。实验结果表明,这种姿态估计算法是有效的,有利于车体的自平衡控制。

基于星敏感器的星载惯性基准误差的实时估计与补偿

本文对利用星敏感器修正星载惯性基准误差的方案进行了分析并给出了仿真结果。星敏感器能够提供姿态误差观测值，以卡尔曼滤波为基础，利用这些观测值可以在线估计并补偿陀螺仪的漂移误差，从而达到保证惯性基准精度的目的。

基于重力四元数的陀螺漂移估计与补偿

为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法。采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪漂移融入误差四元数,建立重力四元数估计陀螺仪误差四元数的模型,采用最小二乘法估计陀螺仪三轴漂移,进而补偿陀螺仪姿态四元数;通过补偿后的姿态四元数解算出钻具姿态。最后设计了转台、振动台实验和钻进模拟实验,实验结果表明,姿态四元数补偿后的井斜角和工具面角漂移由平均10°/h减小到约0.2°/h,方位角误差由平均12°/h减小到约0.46°/h,实现了加速度计补偿陀螺的三轴漂移,表明该方法能够有效提高钻具的姿态测量精度。

基于姿态四元数的SINS/星敏感器组合导航方法

分析了一种星敏感器多矢量定姿原理,在考虑了惯性元器件误差及星敏感器误差的基础上,建立了SINS/星敏感器组合导航系统模型;以模拟的实时星敏感器测量信息为基础,通过将SINS确定的载体相对惯性空间的四元数姿态信息与星敏感器输出的高精度四元数姿态信息进行信息融合,实时估计出陀螺漂移量及失准角并对SINS进行在线修正,从而达到保证SINS高精度导航的目的。最后,通过仿真验证表明了这种SINS/CNS组合反馈校正方案的可行性和有效性。

手机内置加速度传感器数据的空间坐标转换算法

手机内置加速度传感器坐标系固定于设备自身,其采集的数据因手机姿态的改变而不断发生漂移,受此影响即使同一运动过程,加速度数据也难以同前一个时刻保持一致。为解决该问题,提出利用空间坐标转换算法将加速度数据从手机坐标系映射至惯性坐标系,从而确保数据在手机任意姿态下均能准确反映实际的运动状态。为验证该方法的有效性,设计一种手机传感器数据在线采集与实时处理新方法,实现Matlab中数据动态特征的实时观测及算法性能的在线评估。利用此方法,在旋转实验中分别测试方向余弦与四元数两种算法的可行性,并在计步器实验中进一步测试四元数算法性能。实验结果表明,基于方向传感器数据的方向余弦算法因测量范围限制,不能实现全方位空间坐标转换;而基于旋转矢量传感器数据的四元数算法则能够实现全方位转换,且转换后的加速度对步态识别率达到95%以上,较准确地反映了实际运动状态。

捷联惯导系统四元数转换误差分析

捷联惯性导航系统中,根据四元数与直余弦矩阵的关系可以得到3种转换矩阵。充分分析了这3种转换方案所产生的误差。并在恒定角速率下对3种不同转换矩阵中漂移误差、不对称误差和刻度误差进行评估,最后通过仿真验证了分析结果。

一种基于实践九号卫星的快速系统误差补偿技术

直接利用光学遥感卫星的严格成像模型对地面点进行定位,定位误差与卫星姿态测量误差有关,其中包括地球自转引起的偏流角误差和姿态角常差。偏流角误差可以根据星历数据予以有效消除,而姿态角常差一般要利用少量控制点进行消除。基于此,在消除偏流角的影响下,这里采用了一种改进的四元数算法——P-H算法用于快速计算姿态角常差,并对系统误差进行补偿。该技术较常用的欧拉角解算,具有原理简单,计算速度快和结果稳定的特点。通过实践九号卫星影像的实验表明,运用该技术能快速和大幅度提高卫星在稀少控制点情况下的定位精度。

基于手机惯性传感器的航向估计算法研究

室内导航解算过程中,针对使用手机陀螺仪进行航向解算存在累积误差和比例-积分(PI)控制器参数固定导致滤波器的环境适应性不强等问题,提出一种基于陀螺仪、重力计及磁力计的多传感器融合航向估计算法。结合航向解算中陀螺仪不易受环境影响以及重力计和磁力计不存在累积误差的优点,采用重力计与磁力计补偿陀螺仪的漂移误差,进而更新四元数来解算航向角以降低高频噪声,同时与陀螺仪积分解算的航向角进行卡尔曼滤波(KF)实现数据融合,提高了滤波器的抗干扰能力并有效地降低了积分累积误差对航向估计造成的影响。

多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测研究

为了减少多个星敏感器地面热漂移标定时受到不同安装平台的位置误差影响,采取一种多星敏感器地面热漂移标定位置误差检测方法,进行了理论分析和实验验证,取得了-25℃~60℃真空状态下系统中基准方棱镜变形的位置偏移量数据,并进行了标定位置误差精度分析。结果表明,多星敏感器位置绕各轴产生的最大偏移量分别为-39.341″/℃,-0.060″/℃,-24.137″/℃,通过建立误差检测模型对位置误差进行计算,将其从姿态测量结果的偏移量中剔除后获得更准确的星敏感器姿态测量四元数,剔除位置误差后的系统精度至少提高了11%。该研究在提高星敏感器热漂移标定精度方面具有很好的应用前景。