基于方位旋转调制的平台式惯导系统“一点校”

为了提高惯导系统长时间导航精度,需要在导航阶段对系统进行综校。设计了一种基于方位旋转调制技术的平台式惯导系统一点校方案。方位旋转调制技术可以有效地调制水平惯性敏感元件误差,降低其对系统工作精度的不利影响,这为"一点校"方案的实施提供了前提。分析了方位旋转式平台惯导系统的误差模型,得到了系统误差与误差源之间的解析关系。通过分析研究系统的误差传播特性,建立了方位陀螺漂移与系统位置误差的数学模型,完成了方位旋转式平台惯导系统的"一点校"方案设计,通过系统试验验证其有效性,方位陀螺常值漂移为0.003(°)/h的条件下,经10 h一点校,40 h一点校后,72 h定位误差小于1nmile,航向误差小于1′。     

双惯导联合旋转调制光纤陀螺标度因数误差自校正方法

旋转调制光纤陀螺航海惯导系统中,光纤陀螺标度因数误差会与地球自转角速度耦合产生等效的天向和北向陀螺漂移误差,也会与船体摇摆角速度以及惯性测量单元旋转调制角速度耦合产生短时动态误差,限制了长航时航海惯性导航精度。通过使用两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统进行联合旋转调制,提出一种光纤陀螺标度因数误差在线估计与自校正方法。根据两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统的水平旋转轴空间夹角关系建立观测方程,实现在线估计滤波。半实物仿真结果表明,自主导航过程中光纤陀螺标度因数误差在线估计精度优于1 ppm,利用输出校正方式在线补偿光纤陀螺标度因数误差导致的惯导定位误差,有效抑制了两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统定位误差的增长。实际转台模拟实验中,两套三轴旋转调制光纤陀螺惯导系统300 h纯惯性导航整体定位最大误差分别减小25%和40%。算法采用地心地固坐标系,因此也适用于极区导航情况。     

车载RINS方位陀螺温度漂移模型在线修正方法

方位陀螺漂移是影响车载旋转调制惯性导航系统（RINS）精度的重要因素。针对长期使用中方位陀螺温度漂移模型逐渐失效而导致补偿效果下降的情况,提出了一种基于遗忘因子最小二乘的车载RINS方位陀螺温度漂移模型在线修正方法。利用车载实验中停车阶段的速度作为量测,通过Kalman滤波器对方位陀螺漂移进行估计,之后采用遗忘因子最小二乘对陀螺漂移模型进行在线修正。仿真结果表明所提出的方法可以对陀螺漂移模型进行有效修正。车载导航试验表明,车载RINS系统工作一年以上的时间后,利用所提方法对初始的漂移模型修正后,导航过程最大径向位置精度可提升78%,验证了所提出的方法的有效性。     

法向量位置模型下旋转调制惯导极区综合校正算法

为抑制极区惯性导航系统随时间积累的导航误差，提出一种基于法向量位置模型的综合校正算法，对旋转调制惯导系统的等效方位陀螺常值漂移进行了估计。在法向量位置模型下建立了位置误差与漂移角之间的数学模型，推导了漂移角和等效方位陀螺常值漂移的方程，在外水平阻尼条件下设计实现了综合校正算法。基于北极实际航测数据的处理试验结果表明，提出的综合校正算法具有全球适用性，能够估计等效方位陀螺常值漂移以提高导航定位精度，采用所提综合校正算法后的归一化定位误差相比于阻尼后的结果大约减小53%。     

单轴旋转SINS方位陀螺漂移分析与估计

单轴旋转SINS的方位陀螺漂移对长航时导航精度至关重要,方位陀螺漂移的估计是单轴旋转SINS的关键技术之一。通过对单轴旋转SINS方位陀螺漂移估计的主要影响因素进行分析,提出将水平阻尼网络引入到导航流程中,建立带水平阻尼网络的误差模型,利用位置匹配Kalman滤波对方位陀螺漂移进行估计,并设计了一种合理的估计流程,能够全面估计出惯性器件零偏,保证了方位陀螺漂移的估计精度。数学仿真和海上试验结果表明,对陀螺角度随机游走系数约为0.001(°)/h～(1/2)的SINS,经过6 h的估计流程后方位陀螺漂移估计精度优于0.001(°)/h,估计完成后转入纯惯性导航定位精度优于1.5 n mile/24 h(max),验证了该方法的可行性。     

H—M—GMINS／ENC／BM组合导航系统研究

根据H调制陀螺监控惯性导航系统（GMINS）、电子海图（ENC）以及测深测潜仪（BM）的不同特点,提出了一种H－M－GMINS／ENC／BM组合导航系统。该组合系统是一种完全自主式导航系统,不需任何外部信息,在水下即可完成对惯导的校正和对导航陀螺漂移的补偿。同时还针对该组合导航系统提出了一种优化组合算法。理论分析和仿真结果表明：采用该优化算法后,潜艇的重调周期可延长到120h。     

挠性陀螺平台式惯导系统的弹性速率补偿

众所周知,采用挠性陀螺的平台式惯导系统,由于平台系统不可避免地存在失调角,使陀螺产生了同轴和交轴漂移,这项误差直接影响了系统的导航精度,必须进行补偿。本文详细分析了失调角产生的原因及其补偿的必要性,给出了补偿同轴和交轴漂移(简称弹性速率补偿)的模拟和数字补偿方案,分析了各种方案的优缺点。两种方案都经过试验验证,补偿效果明显,同轴和交轴漂移可以补偿到0.01°/h,对提高导航精度具有实用价值。     

单轴旋转捷联惯导系统最优转轴选取方案(英文)

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能将惯性测量单元中陀螺仪的常值漂移和加速度计的零偏调制成周期性的信号,通过积分运算消除这些周期信号对系统的影响。从而使得惯导系统在不使用外部信息的条件下,自动补偿由陀螺漂移和加速度计零偏引起的导航误差,提高系统精度。从单轴旋转调制原理入手,详细推导分析了IMU绕任意转轴做单轴旋转时,陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、刻度系数误差在单轴旋转下的误差表现形式,基于最大限度消除陀螺和加速度计常值漂移的原则,给出了最优的转轴选取方案。进行了大量仿真和实验,证明了提出的旋转方案的有效性。     

安装误差角引起的加速度计旋转误差建模

在导航过程中惯性平台绕方位轴旋转能够有效地调制陀螺的常值漂移,但加速度计安装坐标系和陀螺安装坐标系的不重合会导致加速度计零偏也被调制为一个变化量,因此需要建立其旋转误差模型进行补偿。针对平台惯导台体绕方位轴旋转时加速度计误差补偿的实际需要,建立加速度计由初始安装误差角引起的旋转误差模型。模型主要针对旋转过程中由初始安装误差角导致的加速度计和水平面之间的不重合度,模型包括角度叠加模型和单位矢量旋转模型。通过对两种模型仿真分析,表明角度叠加模型计算量小,并且能够满足实际误差补偿需要。     

差动输入在H调制误差自补偿惯性导航系统中的应用

在H调制误差自补偿惯性导航系统中,舰船的摇摆在平台上产生很大的干扰角速度,它严重影响了监控回路的测量,为了解决这个问题,本文探讨了干扰角速度的变化特性及采用差动输入减小其影响的方法,并做了相应的仿真计算.仿真结果表明:差动输入能完全补偿掉干扰角速度的影响.     

捷联惯性系统初始对准中IMU安装误差及陀螺漂移的估计与补偿

为尽可能消除IMU安装误差和陀螺漂移对系统精度的影响，运用主从惯导传递对准技术，采用扩展状态滤波器和速度／姿态角组合匹配的方法，估计出IMU安装误差和陀螺漂移误差，并对系统进行补偿。仿真结果表明，补偿了安装误差和陀螺漂移后，捷联惯性系统的导航参数精度可提高1个数量级以上。     

INS/CNS/GPS组合导航系统仿真研究

研究了INS／CNS／GPS组合导航系统的原理和特点，对组合导航系统进行了计算机仿真，提出了采用平台失准角、INS与GPS的位置之差和速度之差作为观测量的方法。采用卡尔曼滤波技术，可以估计出平台的失准角、惯性器件误差及导航参数误差。仿真结果表明：通过校正惯导平台、消除导航参数误差，可以大大提高了系统的导航精度。     

捷联惯导系统多位置对准研究

利用把线性时变系统作为分段常系数系统来研究其可观性的方法,对多位置静态捷联惯导系统的误差方程进行了可观性分析,并采用卡尔曼滤波技术,对平台误差角及测量元件误差进行了估计,给出了两位置及三位置的方差仿真曲线。仿真结果表明三位置对准提高了方位误差角及垂直陀螺误差的可观度,从而加速了它们的收敛速度,提高了系统的对准、标定精度。     

Mathematical model of the sensor unit for processing on-board algorithms of navigation systems

Recently, strapdown gyro navigation systems have become widely used. In such systems, sensors, gyros, and accelerometers are placed directly aboard the object and an imaginary analytic trihedral is used instead of a stabilized gyroplatform. The object orientation with respect to the analytic trihedral is calculated by numerically solving the Poisson equations taking into account the readings of gyro sensors measuring the object angular velocities. The mutual orientation parameters permit recalculating the apparent acceleration measured by the accelerometers on the object axes for the axes of the analytic trihedral. In the analytic trihedral, the navigation problem is solved in the same way as it is solved in platform systems but, in the whole, the functions of the onboard algorithms of strapdown systems are significantly more complicated than those of platform systems. The possibility of detailed processing of on-board algorithms is of great importance for ensuring the accuracy of the entire navigation system.In the present paper, we state algorithms for reproducing the exact readings of ideal gyro sensors and the exact readings of ideal accelerometers under bench operating conditions of the system under an angular motion imitating the object orientation evolution and the possible angular vibration. Simultaneously, we calculate the exact position and orientation parameters, which can be compared with the results produced by the on-board algorithm.     

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。     

基于大失准角时变参数罗经初始对准算法

为了解决大失准角条件下的捷联惯导初始自对准问题,通过分析捷联惯导系统大失准角误差模型,利用平台惯导系统罗经对准原理,提出了一种新的捷联惯导系统罗经对准方案。该方案的具体实现划分为三个阶段:方位角未知情况下的水平对准;大失准角时变参数罗经方位对准;定参数罗经对准。该方案通过实时调节罗经参数缩短了对准时间;利用大方位失准角模型代替小失准角模型,在算法收敛阶段更加准确地描述了捷联惯导系统的误差传递方式。仿真试验表明,使用陀螺随机漂移稳定性为0.01(°)/h的捷联惯导系统,该对准方案能在60 s内方位精度到达1°,并能在对准结束时达到3’的方位对准精度。     

捷联惯性导航系统中二自由度陀螺故障的智能诊断

本文介绍了神经网络的联想记忆功能,讨论了四陀螺的最佳配置,并提出了基于Ｈｏｐ ｆｉｅｌｄ 网络的余度陀螺故障检测与隔离的设计方法,该方法具有较强的抗噪声能力。     

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。