一种基于因子图的RIMU/GNSS组合导航算法

针对传统基于滤波方法的RIMU/GNSS组合导航系统因载体大幅度机动条件下滤波结果不稳定的问题,提出了一种基于因子图的估计方法。建立面向冗余惯性导航系统的状态方程与量测方程,并将冗余惯性数据融合至载体坐标系三轴。建立基于因子图的数据融合方法,将融合后的惯性数据与卫星信息抽象为因子节点,状态信息抽象为变量节点,构建包括惯性因子与GNSS因子的代价函数并以非线性优化的方式对状态量进行估计。数字仿真证实,因子图方法能有效降低载体的位置误差,且均方根误差明显小于卡尔曼滤波算法。

一种十表冗余激光陀螺捷联惯组标定方法研究

针对十表冗余激光陀螺三自捷联惯组(包含5只陀螺和5只加速度计)的标定问题,推导给出了标定模型以及标定方案。将十表冗余惯组划分为直表X\Y\Z和斜表S\T两组,直表采用系统级标定方法,建立关于标定误差模型的状态方程,以导航速度误差作为量测,通过Kalman滤波估计标定误差参数;以直表标定结果作为参考,进行斜表的分立式标定,分别建立了加速度计、陀螺标度系数和陀螺漂移的标定模型。最后,结合19位置系统级标定方法和分立式标定方法完成了十表冗余激光捷联惯组标定,结果显示标定结果正确,分析了标定误差特性。

一种考虑加表不对称误差的冗余惯组标定方法

使用冗余惯性器件的捷联惯组有效地提高了其可靠性,还能提高导航精度,但也同时对其标定技术提出了新的要求。提出了一种迭代式的冗余惯组分立标定方法,可消除加表不对称误差对标定造成的影响,提高标定精度。首先建立了基于方向余弦的惯性器件输入输出模型,用最优估计方法计算模型中各参数。其次,使用迭代方法消除由于加表刻度因数不对称造成的参数估计误差,且所提方法无需北向基准。试验结果证明,在整个5100 s的动态导航中使用所提方法后,全程位置精度均有所提升,并能将末端位置精度提升约400 m。

基于冗余测量信息的阵列式IMU设计

针对单个微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低、可靠性差的问题,基于冗余测量信息设计了阵列惯性测量单元(IMU)硬件平台,并利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)对扩展卡尔曼滤波(EKF)融合算法进行了改进。首先,根据惯性器件的误差特性及冗余测量可靠性确定了IMU数量,并设计了同轴反向、平行正交的阵列IMU硬件平台;然后,结合受力分析,使用IRLS对数据进行降维融合,解决了使用EKF融合算法时,由于矩阵维数高导致求逆运算复杂和受离群值影响导致融合精度下降的问题;最后,通过实验和仿真证明:阵列IMU的随机误差比单个IMU降低了3~5倍;当出现离群测量值时,阵列IMU仍能保证较高的精度,具有较高的可靠性。

一种基于MIMU的九陀螺冗余配置

为进一步提高微惯性传感器及测量组合的可靠性和精度,提出了一种新型的基于MIMU的9陀螺斜置冗余设计方案,该系统体现出较好的容错性能.对不超过3个微陀螺发生失效的情况进行故障检测,故障识别率达到91%.分别与无冗余配置、4轴冗余配置、9陀螺正交冗余配置进行了对比分析,结果表明,本配置精度略小于同等元件数量的正交配置,但却具有更好的容错性能,是一种既具有较高精度又具有较高可靠性的配置方式.

冗余捷联惯组故障诊断的奇异值分解新方法

冗余捷联惯组故障诊断奇异值分解法由于缺少单位化、阈值偏大和隔离策略有缺陷,导致漏警率偏高、误隔离率偏高且无法隔离负向故障。在分析Shim法原理的基础上,采用改进的解耦矩阵、新的故障隔离函数包含单位化和取模的运算,并且将故障检测和隔离分步实施。对改进方法进行蒙特卡洛数字仿真,仿真试验结果表明:新方法克服了Shim法的缺点,具有更高的正检率、更低的误隔离率。尤其对于发生负向故障的器件,改进方法能得到约99%的隔离率。新方法为冗余捷联惯组故障诊断提供一种新思路。

五冗余捷联惯组最优配置设计

导航制导系统的高可靠性直接决定了固体运载火箭飞行任务完成的质量,而惯组冗余技术是目前提高系统可靠性的主要方式之一。文章以固体运载火箭导航系统中一种三正交两斜置的五冗余捷联惯组配置方式为对象,以导航性能指标最优为目标函数,构造了最优配置下的非线性矛盾方程组,采用最小二乘法求解得到最佳逼近解,得到五冗余捷联惯组的最优配置,并通过仿真进行了验证。结果表明,三正交两斜置的五冗余捷联惯组最优配置共有24组解,其全部解的导航性能指标均为1.424 3;当某个正交轴出现故障时,能够从斜置轴信息中重构出正交轴信息,以保证导航信息的准确性和精度,且导航误差在5倍陀螺器件自身误差当量之内。

伞形安装的陀螺系统性能分析

陀螺系统构型对卫星的可靠性和姿态控制系统的性能有着重要的影响。提出了一种由6个陀螺组成的惯性测量单元的伞形安装方式,它的6个陀螺的输入轴按两组正交的方式安装,其中一组正交的陀螺的输入轴安装在卫星的三个惯性主轴(星体坐标系的坐标轴)上,而另一组正交的陀螺的输入轴,相当于前一组正交的陀螺的输入轴以从星体坐标系的原点出发并与三个坐标轴的夹角相等的射线为轴旋转60°的角度,使得6个陀螺中两两相邻的陀螺输入轴之间的夹角是相等的。这种安装方式同某些其它的6陀螺安装方式一样,只要其中的任意三个陀螺工作就能给出卫星的三轴姿态信息。分析了该系统的测量性能和可靠性,并与正十二面体的安装方式进行了比较,结果表明:二者的可靠性是相同的,但是测量性能要比正十二面体的安装方式优越,最后给出了一个巧妙的结构设计建议。

基于奇异值分解的冗余惯导系统故障诊断

为了验证奇异值分解法(SVD)在冗余惯性组件系统故障诊断中的实用性,进行了一系列的研究。以沿正十二面体对称侧面配置的六陀螺冗余惯性组件为平台,对2种基于奇异值分解的故障诊断方法进行了相应的实验,分析了不同类型故障下的故障诊断效果及其原因。实验结果证明了方法在实际应用中的有效性,2种方法均可以正确的诊断出故障。奇异值分解法中的方法2不仅可以检测一个陀螺的故障,还可以检测2个陀螺同时发生故障的情况,有更广泛的实用价值。

冗余惯组故障检测与隔离的广义似然比解耦矩阵构造新方法

冗余惯组可提高运载火箭制导系统的可靠性,惯性器件发生故障会污染导航信息,需要进行在线故障检测和隔离。面对安装矩阵一定的成套冗余捷联惯组,使用Potter算法构造解耦矩阵的广义似然比故障检测方法,无法检测并隔离特定轴故障,提出选择正交投影矩阵的极大无关组来构造解耦矩阵,采用全数字仿真对改进方法进行验证。结果表明,新方法克服了成套惯组同轴共基座安装时某个轴向无法故障检测的问题,且故障检测性能没有降低。该方法为运载火箭制导系统在线故障检测技术提供了一种新思路。

捷联惯性传感器多余度配置的误差标定技术研究

对捷联惯性传感器多余度配置系统的标定技术进行了研究。详细分析了多余度惯性传感器各参数的测量原理及计算公式,针对典型的非正交配置(六传感器正十二面体)的多余度惯性测量单元(IMU),提出了一种简易的且具有较高精度的误差模型参数静态标定方法,给出了计算误差模型参数的数学推导过程和解析表达式。仿真结果表明:该计算方法精度较高,可以有效估计出多余度IMU的误差模型参数,提高了惯导精度。

基于冗余惯性组件故障诊断方法的比较研究

介绍了几种常用的故障诊断方法:广义似然比法(GLT)、均值检验法,以及局部估计方法。以六陀螺冗余惯性组件为平台,验证了这几种方法在检测小故障时实际应用的不同效果,分析了影响各自检测能力及故障时延的原因及在工程应用中的优缺点,并对小故障检测能力、故障检测时延和实时计算量这几项指标进行了比较研究。

运载火箭多表冗余捷联惯组的故障诊断与决策

为了提高运载火箭惯导系统的可靠性,介绍了一种多表冗余捷联惯性测量组合的故障诊断和冗余信息重构技术,除了对陀螺仪和加速度计信息进行常零值判别、极大值判别之外,还要采取三取二的冗余诊断的管理策略,将故障定位到具体惯组的某个敏感轴,对故障惯组隔离后进行冗余信息重构,既可实现惯组系统级冗余,又能够搭配使用非整套惯组陀螺仪和加速度计信息,实现惯组故障情况下的导航信息的正常输出,增强了运载火箭对惯组故障的适应能力。

五冗余捷联惯组系统配置及优化

针对运载火箭的惯性导航问题,以五冗余陀螺惯组为研究对象,讨论了捷联惯性测量组合冗余设计方案,以系统导航精度最优为性能指标,引入了三种性能指标函数,并分析了这三种性能指标函数在使用过程中的等价性,最后研究了三正交两斜置结构的五轴冗余惯组系统的最优配置方法,并在考虑到量测精度对配置影响的条件下,通过理论分析和计算得到了最优配置的安装角,具有较强的工程实用性。

双捷联冗余控制系统中的加速度计及陀螺仪判别方法研究

采用冗余技术可以大幅度地提高运载火箭控制系统的可靠性。根据我国现有惯性器件的发展水平，挠性陀螺速率捷联技术比较成熟，因此利用挠性陀螺速率惯测组合组成双捷联冗余控制系统是目前实现冗余的可行之路。目前广泛使用的挠性速率惯测组合是某些型号所采用的“五表”组合，本文对以其构成的双捷联冗余系统，进行了加速度计及陀螺仪判别方法研究，并探讨了惯性组合采用非平行安装的方案。最后进行了数学仿真试验。结果表明，本文提出的加速度计及陀螺判别方法可以有效地进行冗余信息的管理。

提高控制系统可靠性惯性仪表冗余方案分析

叙述了提高控制系统可靠性惯性仪表冗余的几种典型方案，对它们的优缺点进行了分析、比较。最后，提出冗余的一般准则和注意事项。

捷联惯性测量组合的冗余设计和优化

讨论了捷联惯性测量组合冗余设计方案 ,并引入性能指标函数、系统有效度约束、系统代价函数 ,对冗余配置的优化问题进行了研究 ,寻求最优配置和优化准则。最后以 5个单自由度陀螺为例 ,实现冗余优化配置。

双捷联惯组单表级的冗余管理及信息融合技术

在高可靠性的运载火箭控制系统设计中,惯性测量设备一般要采用冗余设计。介绍了一种基于七表配置双挠性速率捷联惯组的冗余设计及管理方案,采用两套惯性测量组合,故障定位到具体的仪表甚至某个敏感轴,提高了故障的容限度,在两度故障下系统仍能工作;并综合利用所有可用的信息,不分主从,有效减少了惯性器件的随机误差的影响,提高了精度。

基于ARM的冗余惯性测量组合的方案设计

介绍了冗余惯性测量组合的优缺点 ,总结了工程实现过程中会遇到的关键问题。在此基础上 ,设计了一个嵌入式系统 ,对冗余惯性测量组合的测量数据先执行故障检测、隔离、重构及数据融合等运算 ,再输出给弹载计算机 。

余度捷联惯性测量装置的优化设计研究

冗余技术是改善导弹系统可靠性和精度的重要途径。为了获得导弹系统可靠性及精度与冗余度的总体优化,讨论了余度捷联惯性测量装置的优化模型及其算法,并进行了理论分析及公式推导。仿真实例也表明,模型和方法都是有效的,比较简单实用。