论混合式惯性导航系统

惯性导航系统是当代空、天、海、陆各类先进运载器所不可或缺的一项自主导航定位装备。简要回顾了平台式、捷联式以及旋转式惯导系统的发展历程和各自优缺点,在此基础上提出了集平台式、捷联式和旋转式惯导系统优点于一体的混合式惯导系统新技术途径。介绍了这种新型惯导系统的概念、原理、特点、关键技术,样机实验结果验证了该技术途径的优越性和可行性,为该系统的未来研发和应用提供了技术基础并指出了研究方向。     

基于故障树和奇异值分解的捷联惯导系统故障检测

针对捷联惯导系统（SINS）的电路故障等问题,提出基于故障树分析的捷联惯导系统故障诊断。通过合理地布置测点,实现了对系统中关键的部件进行状态检测。同时针对捷联掼导系统光纤陀螺信号的特点,将奇异值分解算法（SVD）应用于陀螺故障检测中,该方法不仅能检测出单个陀螺发生故障的情况,而且还能有效的检测出两个陀螺同时发生故障的情况。文中以六个单自由度陀螺冗余惯性导航系统的仿真结果验证了该算法的有效性。实验结果表明,将FTA方法和SVD方法结合用于捷联惯导系统中的方案是可行的,能有效提高系统的可靠性。     

面向载体自转的无陀螺捷联惯导系统

鉴于大多数无陀螺捷联惯导系统忽略载体质心位置和加速度计组件中心位置之间的距离，从理论上推导出了面向载体自转的无陀螺捷联惯导系统的基本方程，分析了载体自转对无陀螺捷联惯导系统性能的影响，为无陀螺捷联惯导系统进一步提高导航精度奠定基础。     

基于在线数据自动记录装置的船用惯导系统快速故障诊断方法

为提高惯导系统可测试性,缩短惯导故障维修时间,提出了针对惯导系统测试的在线数据自动记录装置(ODAE)设计方案,给出了在线数据自动记录装置的功能和硬软件组成,并结合某型惯导系统给出了排除故障的维修实例,证明该类测试设备可以有效降低人员工作强度,并提高数据记录的完整性、准确性和规范性,为惯导系统故障诊断提供了有力的数据支持.     

双航海惯导联合旋转调制协同定位与误差参数估计

单轴/双轴旋转调制航海惯导备份配置满足了舰艇对于定位精度、可靠性、成本的综合要求,但系统间缺少信息融合。针对此问题,以单轴旋转惯导的姿态误差、速度误差、位置误差与双轴旋转惯导对应误差的差值以及两套惯导的陀螺常值漂移、水平加速度计常值零偏为系统状态,并以二者间扣除杆臂效应后的速度及位置的差值为观测量,通过联合旋转调制,改变两套系统IMU的相对姿态关系。分段常值可观测性分析表明,所有系统状态完全可观。建立了定位误差预测方程,对单轴旋转惯导方位陀螺漂移造成的定位误差进行预测补偿。实验结果表明,对单轴旋转惯导方位陀螺漂移造成的定位误差预测补偿后,其定位误差减小了30%,不仅满足了高可靠性的要求,而且提高了故障情况下的导航精度。     

机载惯导两套配置时的故障诊断研究

分析了飞机惯导采用两套配置时对不同故障的诊断方法,主要分为两类:一类是借助两个平台四个加速度计的输出,诊断陀螺慢漂移过大的问题,文中给出了两平台相对转角及其补偿的实现方法;另一类是借助大气数据系统和解析余度的方法,通过建立故障诊断模型,检测两个互不相关惯导系统的故障,文中给出了方案,指出了难点。     

激光陀螺捷联惯导系统外场快速标定新方法

针对激光陀螺具有标度因数稳定、漂移误差变化小的特点,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统的陀螺及加速度计组件简化误差参数模型,推导出了适合激光陀螺捷联惯导系统外场快速自标定的误差模型,设计了激光陀螺捷联惯导系统9位置系统级标定方法,并通过试验验证了该方法可快速准确的标定出加速度计组件的标度因数、安装误差、零偏及激光陀螺安装误差等15个主要参数,方法简单易行。     

GNSS校正某型飞机惯导系统机载设备研制

惯导系统是某型飞机导航综合体的主导航设备，也是该型战斗机飞控和火控的最主要信息源。但装备我军后，惯导的校正问题一直未能解决。由于系统交联的复杂性及对飞行安全影响的重大性，在考虑到诸多限制的前提下，设计了导航计算机软件，解决了众多关键技术，研制了导航校正设备，成功地实现了用GNSS对惯导的校正。     

混合式光纤陀螺惯导系统在线自主标定

混合式光纤陀螺惯导系统IMU的安装误差、光纤陀螺的漂移及标度因数等参数会随着时间发生变化,对系统误差产生影响,使系统在使用一段时间之后精度发生变化,因而需要重新标定。在混合式系统中,通过台体旋转调制,惯性元件常值漂移误差对系统的影响得到抑制,但安装误差和标度因数误差对系统的影响无法得到完全调制,这些误差会与地速及旋转角速率耦合,引起锯齿形速度误差,降低了系统的各项性能。针对混合式惯导系统,建立了IMU误差模型,设计出一种在线自主标定方法,并进行了可观性分析。该方法采用"速度+位置"匹配,对惯导系统30项相关误差项进行在线标定。系统实验结果表明,系统级在线标定参数较分立式标定参数在导航定位精度上提高了半个数量级。     

重力扰动矢量对惯导系统影响误差项指标分析

针对制约现有惯导系统精度提升的重力扰动矢量误差项问题,从惯导系统误差模型入手,着重分析了重力扰动矢量水平分量(垂线偏差)在导航系统中的误差传播特性,利用简化的垂线偏差统计模型推导出导航系统位置误差均方差表达式;通过现有全球重力场高阶球谐模型(EGM2008),分析了垂线偏差全球均方差水平引起的惯导系统在典型载体运行速度下位置误差项大小,进而给出了垂线偏差补偿的误差项指标,在此基础上,分析了EGM2008在惯导系统中的适用性,结果表明,当EGM2008模型阶数小于12阶时才能满足导航系统计算资源要求,模型补偿精度为5.86?,适用于位置误差要求小于0.8 nm/h的惯导系统。     

航天测量船INS/GPS/DVL组合导航系统容错滤波方法

具有良好的容错性是航天测量船INS/GPS/DVL组合导航系统的基本要求.基于联邦卡尔曼滤波设计思想,在改进的无复式(No-Reset)卡尔曼滤波体系结构的基础上,设计了残差检验法实现组合导航系统的故障检测和隔离.该方法可以有效地对突变型故障进行检测与重构.仿真结果表明,对于GPS分系统的突变故障和慢变故障的检测与重构时间为6.12 s,而对DVL速度突变故障检测与重构时间为1.08 s,确保了联邦滤波的稳定性和高精度.     

国内外 INS 和 SG 故障诊断专家系统的发展概述

本文着重介绍了几种典型的专家系统，如国内ＰＬ—１型平台罗经自动测试系统（ＰＬＴＳ），国内外ＤＭＩＮＳ的复合诊断系统（ＢＤＳ）以及Ｆ—１５飞机惯导智能诊断专家（ＩＮＳＩＤＥ）等；并剖析其技术特点，说明采用专家系统诊断ＩＮＳ和ＳＧ故障的必要性。     

转台的粗糙神经网络故障诊断系统设计

针对转台故障的多样性与复杂性,设计了独立于专家的粗糙神经网络故障诊断系统。首先建立转台故障诊断决策表,然后用粗糙集方法约简冗余属性,最后设计了神经网络分类器和辨识器。实验结果显示,诊断系统能较好地区分和辨识具有相同故障现象的不同故障,诊断正确率达到96.7%。将粗糙集理论与神经网络相结合,简化了信息表达空间,减小了神经网络结构的复杂性,并具有强大的容错和抗干扰能力,工程实用性强。     

改进Sage-Husa滤波及在GPS/INS容错组合制导中的应用

在Sage—Husa滤波基础上，提出了其改进的滤波算法，以解决它在容错性能差和高阶状态阵滤波发散等方面的问题。仿真结果表明，利用改进Sage—Husa滤波可有效提高GPS／INS组合制导的容错性能和精度。     

一种高可靠捷联惯性测量单元布局

冗余传感器惯性测量单元通过传感器余度配置能够有效提高惯导系统的可靠性,同时对运动的重复测量为降低传感器测量误差和提高导航性能提供了必要条件。一种新型9传感器惯性测量单元,在实现9传感器最佳导航性能布局的同时,保障了每个方向的平动或者转动均可同时由5个传感器进行测量,使其可靠性等同于6套并行工作的单轴独立惯导系统。利用GLT(Generalized LikelihoodTest)方法和Monte Carlo模拟完成了该惯性测量单元故障检测、隔离性能研究。分析结果表明,该惯性测量单元的平均无故障时间为正十二面体6传感器惯性测量单元的1.4倍,为三轴正交配置惯性测量单元的3.8倍,传感器测量随机误差造成的影响分别降低13%和40%。因此,该布局特别适合于对长使用寿命、高安全性、高可用性有严格要求的应用领域。     

里程计辅助陆用惯导行进间对准方法

行进间对准技术能够使惯导在运动状态下完成系统初始化,它对于提高载体机动能力具有重要作用。与静基座对准不同,行进间对准通常需要利用外部设备(在陆用导航领域,通常使用GPS或里程计)提供载体运动信息对惯性导航系统输出进行补偿和修正。由于里程计辅助的行进间对准具有全自主的特点,因而被广泛采用。本文通过对里程计误差进行合理建模,并采用位移增量匹配方法实现了里程计和惯导系统的组合。同时,针对复杂路面环境下由于车体侧滑、空转等造成里程计测量失准等故障现象进行有效诊断,以此提高了组合导航系统的可靠性。通过行进间对准试验,结果表明由里程计辅助的惯导系统经过10 min初始对准,航向误差小于0.05°,精度和静基座相当。     

野值存在情况下组合导航系统的容错技术研究

提出了“故障诊断周期”的概念，并基于一个诊断周期内占多数的数据均超过门限时才认为故障，否则认为是野值的故障原则对故障蜮野值情况分别处理。该容错方法不仅可以避免因野值造成的组成模式的频繁，而且还通过剔除野值对滤波的影响，提高了系统滤波精度和数据的连续性，并提高了系统故障检测的灵敏度。这在仿真中都得到了证明，说明该方法行之有效，在工程实际中也可以应用。     

SINS/GPS/DVL组合导航系统的容错研究

结合SINS／GPS／DVL组合导航系统各子系统的特点，提出了一种新的容错设计方案。此方案采用并列运行的滤波器族结构，该结构可以提供不受污染的最优解，且具有容错性好和系统输出数据热备份等优点。仿真结果表明，此方案既可有效地监测和隔离系统故障，同时保证了系统的精度。     

基于蚁群算法的复杂系统多故障状态的决策

故障树在设备的故障诊断中被广泛应用。当系统复杂度较大时,故障模式和故障树的分支会剧烈增加,故障现象和故障原因因此出现复杂关系,这必然给故障检测和诊断推理带来极大的困难。在故障诊断中引入一种新的人工智能方法,即蚁群算法,可以确定故障树的最优检测次序,并指导系统多故障状态的决策。由于该方法具有平行性、鲁棒性等特点,可以很好地解决前面所提问题。仿真结果显示,在故障树中采用该新方法可行、有效。