惯性平台姿态在高精度摇摆台上的标校方法

为提高自身不能提供姿态调整手段的惯性平台在高精度转台上的动态试验精度,设计了独特的安装及标校方法.利用新设计的方位标定装置,使用光学经纬仪及电子水平仪将方位标定装置上的光学六面体的法线与高精度转台的方位轴线取齐.然后,拆下方位标定装置,摇摆台置零,安装水平调整机构.将电子水平仪放置到水平调整机构的安装平板上,调节水平调整机构,将安装平板调平.安装惯性平台,将电子水平仪放置到惯性平台的水平基准平台上,再次调节水平调整机构,使电子水平仪的输出与转台示值一致,从而达到惯性平台与高精度转台水平取齐的目的.随后以光学经纬仪为过渡基准,将惯性平台的光学方位基准与高精度转台方位取齐,从而达到惯性平台与高精度转台坐标系对齐的目的.     

基于光学基准法提高倾斜船台上惯性平台水平测量精度

惯性平台安装在舰船的过程中需要将惯性平台坐标系与舰船坐标系进行对准,也就是对惯性平台进行标校。当舰船在倾斜船台上进行建造时,由船台的倾斜角度造成水平测量仪器的测量误差对标校的结果有很大影响,尤其是在测量舰船横摇角时,会由于测量仪器的摆放带来误差。为了提高倾斜船台上惯性平台的水平测量精度,在电子水平仪上设置光学基准,并通过高精度自准直经纬仪(TM5100A)对放置在基准平板及惯性平台上的电子水平仪进行方位对齐,保证其测量方位的一致性。实测结果表明:电子水平仪方位的对齐误差为2″,电子水平仪测量误差小于0.1″(计算值),从而提高了惯性平台水平测量精度。     

基于联合基座的天文/惯性组合测量系统的静态标校方法

从联合基座出发,设计了方位基准传递系统,对天文/惯性组合测量系统进行方位标校。舰船在码头系泊状态下,在甲板坐标系内,通过简单的光学方法达到满意的标校精度。在方位基准传递系统中,通过电子经纬仪将舰船的方位基准(首尾线)传递给惯性平台,再经过光电准直仪,将方位基准传递给方位光学工装,最后经过光电准直仪将方位基准传递给天文经纬仪,完成了通过惯导平台的方位镜与方位光学工装实现了不同层甲板的方位标校。实际标校和对标校误差分析计算结果表明:总的标校精度约为5.66″,优于10″的精度要求,提高了系统安装精度。     

一种高精度捷联惯组方位引出方法

设计了捷联惯组方位基准镜安装误差的标定方法,实现了高精度的方位引出。首先,把捷联惯组固定在标准六面体内,在高精度转台上进行捷联惯组的参数标定,使捷联惯组导航坐标系与标准六面体一致;然后,在有L形靠面的水平大理石平板上,借助实验室内高精度的北向方位基准,使用经纬仪对平面镜与标准六面体之间的安装误差进行标定。通过坐标系间姿态矩阵转换,修正安装误差后,平面镜成为方位基准镜,从而实现捷联惯组的方位角引出,其均方误差不大于3″。     

船用惯性系统试验安装标校与变形测量

船用惯性系统试验安装标校和变形测量是提高测量精度,保证试验质量的关键技术,因此在对设备的安装误差和船体变形造成的测量误差进行分析的基础上,重点阐述惯性系统试验零位对准和变形测量的相关理论和工程技术。     

基于星体测量的惯导水平姿态标定技术

水平姿态误差标定是提高测量船惯性导航系统精度的重要手段.传统的水平精度标定一般只能在实验室或坞内等静态条件下通过高精度水平仪来实现.针对动态条件下水平作差、平台旋转及经纬仪方位俯仰信息联立求解等标定方法存在标定条件苛刻、精度相对较低等局限性,提出了一种基于星体测量的惯导水平姿态标定新技术——俯仰脱靶量求解法,推导了计算公式,并对解算精度进行了系统分析.通过惯导精度鉴定及某次试验任务的检验,其解算精度在5.8″以内,具有较高的置信度.该方法解决了惯导水平姿态动态条件下标定的技术难题,为提高惯导水平姿态精度、实战数据的事后处理以及动态条件下加速度计零位标定提供了依据,对提高航天测量船总体测量精度具有重要意义.     

USBL安装偏差联合模型构建与校准方法

超短基线声学定位系统（USBL）使用前必须要进行严格的角度安装偏差校准。通过研究安装偏差校准的数学模型和数值算法，提出一种USBL安装偏差联合模型构建与校准方法。首先结合克罗尼克积给出高斯-马尔科夫数学模型假设下的校准信标位置和姿态旋转矩阵参数估计联合解，然后基于姿态旋转矩阵的联合解和条件协因数矩阵解其固定解。同时联合模型还可以对换能器水平距离安装偏差、声速误差进行增广，提高了模型的适用性。南海实测试验结果表明，所提方法可以充分利用USBL方向信息和测距信息对校准信标和其他参数进行估计，相比传统两步法，所提方法求解的信标水平定位偏差由0.69 m减小至0.60 m，水平距离安装偏差由0.26 m减小至0.04 m，角度安装偏差由0.29°减小至0.25°。     

基于北斗差分定位的炮载惯导外场标定

针对炮载惯导设备在外场标定过程中依赖固定基准点的问题,提出了一种基于卫星差分定位的误差标定新方法。该方法将北斗天线的安装误差、惯性器件的失准角以及安装误差等角度误差统一归为非对准误差。首先利用北斗测姿技术提供姿态基准,粗标出上述误差;精标阶段采用卫星差分技术来提供高精度位置信息,完成误差角的精确标定。多组标定结果与传统工厂标定方法结果相差均在0.3mil以内,达到了较高的精度。该方法不仅回避了对固定基准点的依赖,而且避免了滤波带来的繁琐过程,即能保证长时导航的精度,又提高了标定的实时性。     

惯导平台自标定中安装误差可观性分析

针对惯导平台连续翻滚自标定中安装误差标定精度不高这一现状,提出了一种解决方案。通过对惯性器件的输出误差模型和安装误差的分析,建立了系统的姿态动力学方程和观测方程,利用输出灵敏度理论分析了系统的可观性,指出加速度计安装误差可观性较差是影响标定精度的主要原因。利用Kalman滤波中的估值方差矩阵计算了安装误差之间的相关系数,计算结果表明可观性差是由安装误差之间的线性相关性造成的,并确定了具体的不可观参数。以加速度计输入轴为基准建立平台坐标系可以减少安装误差项,使所有的安装误差的变得可观。最后的仿真结果表明在新的方案下,安装误差的估值偏差小于5",标定精度得到了显著提高。     

基于双微机电惯性测量单元的船用自主水平姿态估计算法

针对船载自主水平姿态基准系统需求,提出了一种基于双微机电惯性测量单元的方案。其中一套固联船体,另一套为转位方式,以两套微机电惯性测量单元间相对速度、位置、姿态为观测约束,基于状态变换卡尔曼滤波实现不依靠外界辅助信息的自主式水平姿态测量算法,减弱了陀螺、加速度计零偏误差对水平姿态精度的影响。通过采用三轴角运动模拟转台进行了海况模拟实验验证。无舰船主惯导提供舰船运动信息情况下,虽然船的质心水平机动会影响水平姿态的绝对精度,但不会影响船上不同位置点之间的相对姿态测量精度;而当舰船上有高精度主惯导系统可提供速度参考时,即使有常值速度偏差和舒勒周期速度误差,仍可实现绝对姿态测量精度优于0.02°(1σ)。所提出的姿态测量方案可以在海况恶劣且无外界参考信息的情况下建立高性价比的全船统一姿态参考基准。