光纤捷联惯性测量单元设计与实现

提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件，采用高速DSP作为中央处理器实现数据采集、处理及输出。重点介绍了系统的数据采集模块、处理模块、通讯模块等硬件电路及相应软件的设计。系统通过转台实验进行了离线标定及在线补偿，测试结果表明：系统在功能、精度以及实时性等方面达到了预期的设计目标。     

基于SINS/GPS组合的低成本船用姿态确定系统

为了满足船用姿态确定系统的精度和成本要求,提出了基于低精度光纤陀螺捷联惯性系统与GPS双天线定向系统组合的姿态确定方案,建立了相应的组合姿态确定系统,设计并实现了姿态确定算法。通过静态试验和动态船载试验,验证了该组合姿态确定系统的可行性;试验结果表明系统在低成本的条件下具有较高的精度。     

光纤陀螺油井测斜系统硬件研究及设计

为了实现石油测井中井眼轨迹测量，提出了一种基于光纤陀螺油井测斜系统的设计和实现方法，将捷联惯性导航技术应用到油田测井领域。整个系统是以高速数字信号处理器TMS320VC33为核心实现数字滤波和导航解算，以FPGA设计为辅完成DSP外围接口功能，实现对水平井的井斜角、方位角和工具面角的测量。该文重点介绍了惯性测量单元、数据采集与接口电路、通讯电路和导航计算机等方面进行硬件和软件设计，并对已完成的试验样机进行全面测试，达到预期的基本要求。     

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。     

光纤陀螺捷联系统标定测试软件的设计与开发

基于 windows 平台,采用 VC 6.0 开发了光纤陀螺捷联惯组标定测试软件,着重阐述了该软件的设计思想和关键技术的实现。该软件实现了对光纤陀螺捷联组合误差系数的标定与测试,为光纤陀螺捷联系统标定测试提供了方便,具有很强的工程实用价值。     

旋转式光学陀螺捷联惯导系统的旋转方案设计

在光学陀螺捷联式惯性系统中,利用系统旋转补偿技术可对陀螺组件和加速度计组件的输出误差进行调制,从而抑制系统的误差发散,提高导舷精度.通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程,解释了旋转误差补偿的机理.针对惯性测量组件输出误差的特性,设计单轴正反转停和双轴转位的系统旋转方案.在摇摆状态下分别对无旋转、单轴和双轴三种方案进行长时间导航仿真,对旋转补偿误差的能力进行了比较.结果表明:旋转能够抑制长期的定位误差发散,在角运动状态下旋转系统能比无旋转系统保持更好的姿态精度.     

光纤陀螺惯性测量组合的数字温控系统设计

光纤陀螺惯性测量组合的测量精度会受到环境温度变化的影响。采用温度控制手段能够有效解决这一问题。提出了一种基于分级控制、分段控制和闭环控制思想的温控方案,并在此基础上设计了一种DSP＋FPGA架构的数字温度控制电路,实现了温控电路的整体结构和工作流程,说明了以FuzzyPID算法为核心的温度控制算法原理。试验结果表明,系统具有速度快、精度高等优点,为解决惯性测量组合启动后缩短惯性器件热平衡过程,迅速进入稳定工作状态提供了一种实用方法,也为类似的惯性测量组合温度控制系统提供了有益参考。     

光纤陀螺IMU全温三方位速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法

针对光纤陀螺惯性测量单元全温动态环境下测量误差问题,提出一种全温三方位正反速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法,建立了光纤陀螺惯性测量单元误差模型,在每个恒温点设计三方位正反速率/一位置标定方案。采用分段线性插值算法实时补偿系统零偏和标度因数温度误差,系统全温环境下的测量精度提高5倍左右。车载实验结果表明,采用该方法后系统4200 s纯惯性姿态测量误差小于1°。     

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。     

光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案

介绍了光纤陀螺寻北的基本原理,分析了基座的倾斜误差对寻北精度的影响。基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角将直接引起一个同样量级的方位角测量误差,从而在较大程度上影响寻北精度。基座平面绕陀螺轴的倾角对方位角测量的影响小,在一些寻北精度要求不高的场合,可以忽略该倾角的影响。最后介绍了光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案。二位置寻北方案利用光纤陀螺对相差180°的两个方向上的地球自转角速率水平分量的敏感,精确地解算出地理真北方向与陀螺轴向的夹角。系统简单,比较容易实现。     

利用人工鱼群算法对光纤陀螺随机漂移建模

利用历史数据,对光纤陀螺随机漂移进行准确建模,对提高光纤捷联惯导系统的精度具有十分重要的意义。文中详细介绍了人工鱼群算法(Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA)和改进人工鱼群算法(Improved Artificial Fish Swarm Algorithm,IAFSA),给出了AFSA对随机信号建模的详细步骤和方法,分别应用传统的时间序列分析方法、人工鱼群算法、改进人工鱼群算法对光纤陀螺的随机漂移进行了建模。建模结果表明,AFSA对光纤陀螺随机漂移建模准确,比传统时间序列分析建模精度提高1.5%,IAFSA建模精度比AFSA建模精度更高,其收敛速度也更快。无论是从建模复杂度上,还是在建模精度上,AFSA和IAFSA均优于传统的时间序列分析方法,IAFSA是一种收敛速度更快、建模精度更高的光纤陀螺随机信号建模方法。     

GPS/SINS伪距(伪距变化率)组合导航系统实验研究

基于挠性捷联惯性测量系统和ＧＰＳ接收机ＯＥＭ板，以伪距（（伪距变化率）残差作为观测信息，实现了ＧＰＳ／ＳＩＮＳ伪距组合导航系统的软硬件设计，并先后在实验室和高速公路上对样机的导航定位、测速以及姿态性能和精度进行了静态考核和动态车载试验。试验结果表明，系统伪距组合滤波器的设计和参数选择正确，样机取得了较好的精度。     

向高精度发展的干涉型光纤陀螺仪技术

光纤陀螺仪是惯性系统中目前发展较快的全固态惯性敏感器.在光纤陀螺仪的发展过程中,先有开环式光纤陀螺仪用于战术级和大量民用,而后又发展成为全数字闭环干涉式光纤陀螺仪,逐渐用于导航级惯性系统.到20世纪90年代中期,人们看到了干涉型光纤陀螺仪的高精度发展潜力,开始了精密级光纤陀螺仪及其系统技术的研究工作.从发展角度看,高精度光纤陀螺仪将成为21世纪前期的发展重点.     

小波分析在捷联惯导陀螺信号滤波中的应用

介绍了小波变换和多分辨率分析理论。针对捷联惯导系统中光纤陀螺输出信号的特点，对其进行小波变换，去除信号中高频部分的噪声，从而抑制了陀螺的随机漂移。通过仿真实验，肯定了使用小波分析算法对陀螺输出信号进行滤波消噪处理的可行性。在实际用于捷联惯导系统中的实验结果表明，有效地提高了系统的精度。     

船用捷联惯性导航系统姿态算法精度评估研究

分析了捷联惯性导航系统姿态解算中不可交换性误差产生原因，提出并分析了一种旋转矢量误差估计模型，并从该模型出发推导了几种高精度的捷联姿态算法，提出了由角速度提取角增量的梯形算法。以船舶为应用对象，进行了数字仿真和算法精度分析比较，结果表明：等效旋转矢量法和梯形算法可以提高系统的姿态解算精度。     

Simulation of angular velocity sensor measurements using telemetry data on the motion of an object

An algorithm for the formation of smooth trajectories corresponding to telemetry data on the coordinates and orientation angles of a flying object with a strapdown inertial navigation system is proposed. Another algorithm of forming the angular velocity sensor measurements corresponding to this trajectory is developed. These algorithms allow one to analyze the accuracy of various numerical methods of determining the orientation of such system using the information on motions close to the real motions with known telemetry data.     

A “telescopic” system in the calibration problem for strapdown inertial navigation systems

An algorithm for the bench calibration of strapdown inertial navigation systems is studied. This algorithm was developed at the Moscow Institute of Electromechanics and Automatics. A mathematical model for the calibration process is constructed. A method for representing the original calibration problem in the form of a standard estimation problem is proposed with the aid of a so-called “telescopic” system. On the basis of the original algorithm, a new calibration algorithm is constructed; this new algorithm allows one to improve the estimation accuracy for the parameters of accelerometer and gyroscope units. The maximum attainable estimation accuracy for these parameters is determined.     

基于拉格朗日插值的光纤陀螺时延补偿方法

针对光纤陀螺存在时延环节而影响了光纤惯组的导航位置精度的问题,从陀螺仪原理出发,分析光纤陀螺仪时延产生的机理以及不同方向陀螺仪时延特性与导航位置精度之间的关系。在此基础上,提出了基于拉格朗日插值的时延补偿方法,通过拉格朗日插值运算得到当前时刻的对准信息,从而实现了三个方向的陀螺仪输出的时间配准。通过仿真和多自由度导航试验验证,证明了该方法的正确性和有效性,该方法易于实现,通过补偿导航位置精度提高了21%。