基于低成本IMU的捷联航姿系统软件设计与实现

在已设计好的捷联航姿系统硬件平台基础上,集传感器信息处理模块、航姿解算模块和信息融合模块于一体,综合设计了基于低成本IMU的捷联航姿系统软件算法.特别是在信息融合模块中采用了基于模糊推理的变加权系数多传感器信息融合算法,从而实现对惯性数据的融合,减小了系统随时间积累的航姿误差,保证航姿系统的精度指标满足要求(静态航姿精度±1.0°,动态航姿精度±2.5°).软件算法的验证采用低成本MT9-B惯性测量组件的实测数据分别进行了静、动态实验.实验结果表明,所设计的软件算法可时实进行低成本陀螺的零偏估计与补偿,并能准确地进行多传感器信息融合,从而能够有效地提高系统的航姿精度.     

基于内阻尼的捷联航姿算法

捷联惯性航姿系统自身的特征就是误差存在舒勒周期振荡和傅科周期振荡,这就限制了捷联惯性航姿系统的精度。为了提高系统精度,将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中误差通道的三阶内阻尼网络,利用系统自身的速度信息来阻尼周期振荡,同时在内阻尼思想基础上提出了基于内阻尼的捷联航姿算法。由于改变了舒勒调谐的条件,内阻尼算法只有在加速度较小的条件下才能适用。通过数字仿真证明,在载体加速度较小的条件下,新的算法能够抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,提高了捷联惯性航姿系统的精度。     

光纤捷联航姿基准系统的设计与实现

针对光纤陀螺仪及捷联系统的特点,研究并实现了一种基于光纤陀螺仪的捷联航姿基准系统。以PC/104作为导航计算机,采用I/F转换回路及计数线路构成加速度计的数字信号采集系统,采用智能多串口线路完成各模块之间的通讯任务,构成捷联式航姿基准系统原理样机。在此基础上,设计了系统的机械编排方案、传感器的误差补偿方案和闭环卡尔曼滤波器。样机的测试结果表明:样机满足系统设计要求,在温控环境中,其精度优于基于挠性陀螺仪的捷联航姿系统。     

旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差,从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度,并进行了系统仿真实验。仿真结果表明:经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。     

模糊推理在捷联航姿系统中的应用

为了减小捷联航姿系统航姿解算过程中陀螺漂移和积分过程等因素对航姿精度的影响,结合各传感器输出与载体运动状态相关的特性,提出了一种基于模糊推理的IMU(惯性测量组件)/磁传感器信息融合方法.通过模糊推理系统判断出载体当前的运动状态,在准静态下对IMU中陀螺解算的姿态信息和加表解算的姿态信息进行融合可提高载体的姿态精度,对陀螺解算的航向信息和准静态下磁罗经提供的航向信息进行融合可提高载体的航向精度.经过跑车试验且与跑车过程中作为基准的光纤/GPS航姿系统的航姿结果进行比较,验证了该推理过程和融合算法的正确性.     

应用虚拟仪器技术的捷联式航姿系统

结合捷联式航姿系统的研究开发和运行特点，阐述了应用虚拟仪器技术提高研发效能的优越性。用虚拟仪器的体系结构实现了硬件与软件的完美结合。使用四阶龙格-库塔法实现四元数捷联修正算法，应用虚拟仪器技术设计了一套捷联式航姿系统。     

无人机捷联航姿系统磁航向误差分析

为进一步提高某型飞机捷联航姿系统的磁航向精度,分析了该系统中姿态角误差对磁航向精度的影响,详细推导了磁航向角的误差公式。结合某型飞机的特点,对误差公式做了进一步简化分析,结论表明磁航向角的误差大小主要由姿态角误差的平方和决定。采用试飞数据进行仿真,结果验证了误差公式及分析结论的正确性。     

测试设备输出误差对航姿系统测试的影响

圆锥误差是评定航姿系统精度的一个重要指标,一般可通过测试设备模拟圆锥运动进行研究,然而由于测试设备提供的测试输出信号不精确,给航姿系统的测试引入较大误差,作通过误差分析的方法研究了测试设备输出误差对航姿系统输出的影响,给出了测试输出误差与航姿 系统测试误差的关系表达式,以此为基础,确定了对测试设备输出精度的要求。     

展望FOG在舰艇导航中的应用

在简述光纤陀螺（FOG）的发展与现状的基础上，对国外捷联式FOG航姿基准、FOG平台罗经和FOG在潜艇惯导系统中的应用进行了评述。最后，对我国发展基于FOG的舰载导航仪器提出几点建议。     

光纤陀螺捷联航姿系统CAN总线设计

针对光纤陀螺捷联惯性航姿系统对通讯实时性、可靠性和抗干扰要求高的特点,基于独立的CAN控制器SJA1000设计了光纤航姿系统CAN总线通讯节点,提出了CAN总线软硬件设计方案,解决了CAN控制器与系统主处理器地址和数据线分离之间所存在的问题.与传统的RS232/422/485、1553B等相比,采用CAN总线有助于将航姿系统、控制设备、测试设备、各种传感器及载体其它电子设备,通过CAN总线互连,构成一个高速、可靠、廉价的现场总线控制系统.考到虑航姿系统的特殊应用背景,制定了CAN应用层协议.实验及实际应用表明,该航姿系统通讯实时性、可靠性好,抗干扰能力强.