一种惯性测量单元非正交安装的单轴转位方法

针对单轴旋转式捷联惯导系统中旋转轴方向惯性器件误差导致系统误差积累的问题,提出一种惯性测量单元非正交安装的单轴转位方法,该方法不但可消除旋转轴垂直方向惯性器件误差对导航精度的影响,而且可减小旋转轴方向惯性器件误差引起的导航误差。基于单轴旋转调制原理,推导了非正交安装方法和正交安装方法的陀螺常值漂移和加速度计零偏在单轴旋转下引起的姿态误差,并对其进行分析,结果表明,在陀螺仪和加速度计常值漂移及零偏相同的情况下,非正交安装方法与正交安装方法相比,安装斜角为10°时72 h的定位误差降低约50%。     

旋转式捷联惯导系统解算结构

分析了转位机构角速度误差和角位置误差对旋转式捷联惯导系统的影响,研究了旋转式捷联惯导系统的基本解算结构,这些对提高旋转式捷联惯导系统的精度具有十分重要的意义。详细介绍了角度调整型和角速度调制型两种旋转式捷联惯导系统的基本解算结构,给出了转位机构角速度误差和角位置误差在这两种解算结构下的误差传播特性。研究结果表明,对于角速度调制型解算结构,恒定的转位机构角速度误差等效于方位常值陀螺漂移,将对系统精度产生很大的影响,转位机构角位置误差与两个水平方向的角速度互相耦合,产生两个水平方向上的角速度误差;对于角度调制型解算机构,转位机构的角速度误差和角位置误差不引入到捷联回路,对捷联回路不产生影响,但是在IMU姿态到载体姿态变换的过程中,转位机构角位置误差引起载体航向误差,且航向误差的大小与转位机构的角位置误差相等。     

旋转式光纤捷联惯导系统的误差效应分析

旋转式光纤捷联惯导系统的误差效应研究关乎系统的设计和精度的提高.在建立惯性元件误差模型的基础上,分析了系统的旋转调制原理,推导了惯性元件的零偏、安装误差、标度因数误差和随机误差在单轴单方向旋转下产生的误差效应,仿真研究了转速大小对系统精度的影响.结果表明,旋转调制可以有效补偿与转动轴垂直方向惯性元件的零偏,且转速越大效果越好;旋转调制会引入额外的标度因数误差效应,且转速越大误差越大.在设计旋转式捷联惯导系统时,要求惯性元件的标度因数误差和安装误差尽可能小,并且转速不宜过大,采取正反旋转相结合的方式可以取得更显著的误差补偿效果.     

单轴旋转对惯导系统误差特性的影响

分析了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理,对陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、标度因数误差等因素在单轴旋转下的调制情况进行了研究。通过仿真分析了转动速度对各种误差的影响规律,指出了实际系统旋转速度和方式的选择要综合考虑陀螺的常值漂移和标度因数误差的影响。利用激光捷联惯导系统在实验室中进行了单轴旋转IMU实验,其定位精度优于1nm／24h。研究结果可以为单轴旋转惯导系统的进一步优化和工程设计提供理论参考。     

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。     

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。     

单轴旋转捷联惯导系统圆锥误差分析与仿真

刚体的有限转动存在不可交换性,导致捷联惯导(SINS)在圆锥运动环境下进行导航解算时会产生圆锥误差。由于单轴旋转调制惯导(RINS)和纯捷联惯导(SINS)在圆锥环境下的运动模型不同,因此圆锥误差及其补偿效果也会发生相应改变。首先构建了单轴RINS在圆锥运动下的数学模型,其次分析了基于角速率的多子样旋转矢量算法下的不可交换性误差及圆锥误差补偿算法,然后研究了转位方案对单轴RINS中圆锥补偿项的影响,最后通过仿真验证理论分析。仿真结果表明,单轴RINS下的圆锥误差要大于SINS,采用四位置转停方案可明显降低圆锥误差,启停阶段的航向角误差比停转阶段的误差大3个数量级,基于角速率的四子样旋转矢量算法补偿精度高于其他子样算法1个数量级。单轴RINS圆锥误差分析与仿真为旋转调制惯导系统精度的提升提供了有益的参考。     

圆锥误差补偿算法在三轴激光捷联惯导系统中的应用

圆锥误差是影响捷联惯导系统姿态算法精度的原理性误差,其对三轴激光捷联惯导系统精度的影响显著.对三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统,除了弹体运动可能引入圆锥运动外,三轴机抖激光陀螺产生的机械抖动也会在惯导系统中引入圆锥运动.文中分析了两种圆锥运动在三轴激光捷联惯导系统中产生的机理,并给出了圆锥误差补偿算法在不同试验条件下的应用效果.     

单轴旋转惯导系统“航向耦合效应”分析与补偿

从单轴旋转惯导系统的误差方程出发,分析载体角运动对系统的影响,从改变IMU旋转角速率的角度补偿系统的"航向耦合效应"。针对绕载体系Z轴正反旋转的单轴旋转系统,载体航向运动与IMU的旋转运动耦合改变了从旋转坐标系到导航坐标系的坐标变换矩阵的形式,从而影响系统误差调制效果,导致系统的"航向耦合效应"。为保证该坐标变换矩阵的周期性,考虑改变IMU的旋转角速率,使之绕导航系而非载体系匀速旋转,隔离载体航向运动与IMU旋转运动的耦合,补偿航向运动对系统的影响。最后,利用海上试验实测的姿态和航向数据进行了单轴旋转惯导系统的误差仿真。结果表明,采取"航向耦合效应"补偿方案时,无姿态运动条件下系统位置误差减小一半;在实际姿态运动条件下,系统误差减小三分之一。     

某型舰载单轴旋转调制捷联惯导姿态角误差修正方法

某型舰载单轴旋转调制捷联惯导在航天远洋测量船进行了搭载试验,以成熟的某型平台式惯性导航系统为基准进行了性能比对分析,数据处理发现两者姿态角之差伴随着捷联惯导单轴旋转调制的角度存在较为明显的阶梯现象。捷联惯导数据误差源分析结果表明,单轴旋转平台不水平是引起上述现象的根本原因。针对上述情况,构建姿态角误差补偿数学模型,采用最小二乘拟合方法对相关系数进行了计算并修正了阶梯现象,最后采用随机数据对建模结果进行了再次验证。研究结果表明基于最小二乘拟合的修正方法,消除了旋转平台不水平对单轴旋转调制捷联惯导姿态数据的影响,为后续设备的改进提供了方向。     

组合导航技术在油气管道测绘系统中的应用

针对长输油气管线必须进行轨迹绘制和探伤定位的问题,设计了惯性管道测绘系统。系统核心部件为捷联惯导系统,辅助信号有里程计和定距离磁标信号,是一种全自主的导航系统。在系统算法设计中,通过建立捷联惯导与航位推算组合导航系统误差模型,利用改进的卡尔曼滤波器估计系统姿态、航向角误差和里程计标度因数误差。该系统数据处理具有非实时性的特点,因此设计了后向卡尔曼滤波器进行数据平滑。系统跑车试验证明该滤波算法能够有效的提高系统的定位精度,系统具有高精度、高可靠的特点,满足实际工程需要。     

一种十二位置不对北的磁罗盘标定方法

由于磁阻传感器本身特性的差异和生产装配,给磁罗盘带来了零位、标度因数不一致和安装误差等因素。为此设计了一种十二位置不对北的标定方法,它完全依靠天向磁场,推导了三轴零位、标度因数和安装误差的公式;硬铁的影响可等价于三轴零位的改变,软铁的影响等价于三轴标度因数和安装误差的改变,采用十二位置不对北方法,标定得到在软硬铁影响下的三轴零位、标度因数和安装误差。实验显示:补偿后水平时航向角均方误差为0.2°,26°倾角时航向角均方误差为0.4°。     

潜射导弹垂直出水过程中肩部空化的演化与弹体姿态的变化

在潜射导弹高速出水之前,弹体的肩部会出现明显的空化现象。为了研究潜射导弹在出水过程中肩部空化的发展演化过程及相应的弹体姿态角变化,以高速摄影为基本手段,采用边缘检测技术测算弹体姿态角以及肩部空化泡边界,通过对比分析不同出水阶段、不同时刻弹体肩部空化发展的状态,用来寻找出水过程中肩部空化现象和弹体姿态的发展规律。研究表明,高速出水条件下弹体在出水过程中有三种形式的空化现象先后出现,弹体肩部一开始形成的是片状空化,其轴向起始位置不同,周向也为随机分布;弹体运动过程中片状空化以两种方式转化为云状空化,一种是先脱落为旋涡型空化,然后再扩散为云状空化;另一种为片状空化尾部直接脱落为云状空化。出水过程中弹体姿态角变化幅度很小,而且在肩部空化泡出水溃灭的瞬间,弹体姿态角并未产生明显变化。     

经纬仪测星评估惯导系统姿态角误差方法

针对动态条件航天测量船惯导系统姿态角精度鉴定和评估这个困扰多年的难题,提出一种利用经纬仪观测恒星对惯导姿态角误差进行解算的方法:用短时间(每颗星记录2 s)观测方位角大致均匀分布的多颗恒星数据解算惯导姿态角误差的稳态分量;用较长时间(每颗星记录200 s以上)观测特殊方位角单颗恒星的数据,观察惯导姿态角误差的动态特性,详细介绍了该方法数学模型的推导过程,从理论上分析了该方法各种数据误差源对解算精度的影响,并利用实际观测数据对惯导姿态角误差稳态分量和动态特性进行了解算和观察,结果与航天测量船惯导系统的设计指标基本吻合,表明该方法可以作为评估航天测量船惯导系统姿态角动态精度的一种有效手段.     

地磁信息感应装定系统及其插值算法

为了向基于地磁场的弹体姿态角检测系统提供地磁场信息,根据地磁信息感应装定系统的工作原理,设计了基于GPS和ARM微处理器的地磁信息感应装定系统,GPS实时获取弹药发射地的地理位置信息,ARM微处理结合地磁场沿经线方向变化快和沿纬线方向变化慢的特点,采用线性周期样条组合插值算法计算地磁场强度矢量,然后以非接触电磁感应的方式装定地磁场强度矢量信息。插值分析表明,通过线性周期样条组合插值算法,地磁场总强度和水平分量的相对误差小于0.01%,磁偏角和磁倾角误差小于0.01o,并且实验结果与仿真计算一致,说明地磁信息感应装定系统能够快速准确地提供地磁场强度矢量信息。     

两种多天线GNSS定姿方法的精度分析

基于高精度多天线GNSS基线分量及精度估计结果,实现了两种常用的多天线定姿方法:直接姿态法和最小二乘姿态法。利用一套车载三天线GNSS实测数据和高精度惯性导航系统(陀螺漂移0.005(°)/h,加速度计零偏优于10~(-3)g)输出的姿态结果,深入分析了两种定姿方法的内、外符合精度。实验结果表明:两种定姿所解算的航向角、俯仰角和横滚角的精度分别为:直接法的内符合精度约为0.3°~0.5°、0.3°~1.0°、0.5°~1.0°,最小二乘法约为0.1°、0.2°~0.5°、0.5°~2.0°,即最小二乘法对航向角估计有明显改善,对俯仰角和横滚角改善不明显;两种方法的姿态外符合精度(消除航向系统偏差)基本一致,约为0.08°、0.15°、0.42°,但是最小二乘法得到的航向角系统偏差更小。     

舰载弹用捷联系统初始对准时陀螺误差的估计

本文针对舰载弹用惯性系统的特点,利用舰上已有的惯性基准,在进行快速初始对准的同时,对惯性系统的陀螺误差进行估计和补偿,以提高陀螺的精度,克服逐次启动误差,满足导弹导航的精度要求。通过对系统的分析和仿真,论证了方案的可行性及有效性。     

基于三轴摇摆台的高精度姿态试验系统

为了评定长时间船用高精度惯性导航系统姿态精度,研究利用三轴摇摆台模拟船舶运动和输出姿态基准.首先,设计实时、同步和高速的软硬件方案.其次,推导姿态基准的解算方法,并进行水平、方位的初始对准.最后,给出机械误差和水平、方位对准误差所引起的姿态误差.试验表明,三轴摇摆台给出的姿态基准均方根误差在10″内,试验系统能够实时、同步地给出姿态误差.     

船用惯性导航系统姿态测量误差辨识及其补偿方法研究

本文分析了某型号船用惯性导航系统（ＳＩＮＳ）的试验数据，结果表明，ＳＩＮＳ的姿态误差主要来源于水平测姿传感器。据此，本文对该ＳＩＮＳ水平姿态测量误差的辨识及其补偿方法进行了研究，并建立了水平测姿误差的回归数学模型，以提高ＳＩＮＳ姿态精度     

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。