一种新的旋转调制捷联惯导系统

随着光学陀螺等对重力加速度不敏感的陀螺器件的逐渐完善,一种源于静电陀螺的旋转调制技术备受关注,从而建立基于相对廉价的光学陀螺的高精度惯性导航系统成为可能.通过对单轴和双轴旋转调制技术原理和局限性的分析,提出了一种四陀螺双单轴旋转调制捷联惯导系统,并详细分析了旋转轴的不对准误差、惯性器件测量轴的不对准误差、常值漂移误差、...     

舰船单轴旋转激光捷联惯导系统动态初始对准

初始对准的时间和精度是舰船惯导系统的重要指标。针对在不同情况下惯导系统启动的实际工程需求,提出了单轴旋转激光捷联惯导系统的初始对准方案。研究了系统在动基座情况下进行粗对准方法。建立了单轴旋转惯导系统的误差模型,使用卡尔曼滤波的方法实现了系统精对准过程。分别对惯导系统三种不同动态启动条件,设计了不同的对准方案。数字仿真结果表明,经过6h的初始对准,垂向陀螺常值漂移的对准误差在设定值的5.2%以内,垂向加表零偏的对准误差在设定值的1.8%以内。     

单轴旋转调制捷联惯导系统倾斜角误差补偿

安装在单轴转位机构上的惯性测量单元(IMU),会因IMU坐标系与载体坐标系不重合而存在一定的倾斜角,此倾斜角会使得IMU在旋转过程中引入姿态误差,在很大程度上降低了系统的姿态输出精度。为了降低安装倾斜角对旋转式捷联惯导系统的影响,文章通过对旋转过程中因安装倾斜引起的姿态角误差进行了详细分析,然后运用实验和数据拟合的方法得出了倾斜角随转位机构变化的规律,最后对倾斜角产生的误差加以补偿。经仿真和实验验证表明,对倾斜角误差补偿后,单轴旋转式捷联惯性导航系统的水平姿态精度由原先的2°提高到0.05°范围以内,航向误差由原先的0.5°提高到0.005°,大大提高了旋转式捷联惯导系统的姿态精度,具有一定的工程应用价值。     

捷联惯导姿态误差模型分析

捷联惯性导航系统以数字平台代替了平台惯导的机械平台。所谓数字平台,即存储在导航计算机中的坐标变换矩阵。四元数和旋转矢量是用来描述捷联惯导系统姿态的两种常用方法。传统的线性误差模型如psi角误差模型、等效倾角误差模型,仅仅适用于误差角非常小的情况。对于误差角比较大的系统,误差模型变得非线性,由此引入旋转矢量误差模型。通过对加性四元数、乘性四元数以及旋转矢量误差模型的分析表明,三者是等价的,并且当误差角很小的时候,乘性四元数误差模型和旋转矢量误差模型可以退化为等效倾角误差模型。     

系统级双轴旋转调制捷联惯导误差分析及标校

旋转调制技术可以调制惯性器件常值误差,有效提高惯导系统的长航时导航精度。出于一种旋转调制式捷联惯导系统的研制需求,从旋转调制式捷联惯导的基本原理出发,提出了一种系统级双轴旋转调制式捷联惯导工程实现方案,并对其系统误差特性进行了深入的分析及仿真,找出了影响系统长航时导航精度的误差源。基于此。为了能仅利用系统自身旋转机构就可对主要误差源进行估计补偿,提出了一种系统级自标校方案。通过计算机仿真表明:此方案可以对影响系统长航时精度的主要误差项进行精确估计,是一种有效可行的系统级标校方案。     

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。     

一种绕任意轴旋转的捷联惯导系统多位置初始对准方法（英文）

基于单轴旋转SINS的多位置对准方法通常要求旋转轴和方位轴重合,轴重合误差会影响多位置对准精度。针对这一问题,提出了一种可绕任意轴旋转的多位置初始对准方法,几何分析指出,该旋转轴可沿任意方向,不需要与方位轴重合,它只需绕某任意旋转轴转过两个已知角度即可解算出IMU的零偏,提高对准精度。仿真实验显示,提出的绕任意轴旋转的多位置对准方法相比单个位置下的解析粗对准方法的对准精度显著提高,航向角误差由5'降低到0.2'以下。     

捷联惯导姿态更新的双子样二次迭代优化算法研究

推导了捷联惯导姿态更新算法中双子样迭代算法，提出以锥误差最小为优化标准的双子样迭代优化算法，并对双子样，三子样，双子样迭代算法在锥运动条件下的情况做了仿真分析。     

单轴旋转惯性导航系统的水平姿态角误差修正方法

在单轴旋转惯性导航系统中,旋转轴不正交误差对于水平方向上的姿态角会产生一定的影响。针对传统最小二乘拟合估计旋转轴不正交角存在拟合近似误差大、未考虑到数据的统计特性等缺陷,提出一种基于Kalman滤波的水平姿态角误差修正方法。在传统方案的基础上,增加以加速度计的输出作为观测量,并采用带有确定性控制项的Kalman滤波方法估计旋转轴不正交角,进而修正转轴不正交误差。仿真实验结果表明,转轴不正交角较大时,该方案将水平姿态角误差峰峰值从传统的最小二乘拟合修正方案的50'进一步降低至10'以内,精度提升了约80%。实际试验结果表明该方案相比于传统的最小二乘拟合修正方案,提升了水平姿态角精度。     

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...     

舰载导弹用捷联惯导系统校准技术研究

舰载导弹惯导系统初始对准结束后即转入待机发射状态，为了保证导弹长时间待机发射后惯导系统的导航精度，惯导系统在待机过程中需要进行校准。针对舰载导弹武器系统作战使用要求，进行了导弹惯导系统射前校准技术研究，设计了一种采用速度匹配方法对惯导系统进行校准的方案，给出了校准滤波器的模型和校准过程中的修正方法。通过舰载试验对该方案进行了试验验证，试验结果表明该方案具有校准时间短、校准精度高、可以适应舰船各种机动航行等优点，保证了舰载导弹惯导系统长时间待机发射后的导航定位精度。     

舰载姿态加角速度匹配传递对准方法研究

用于传递对准的测量参数匹配法极大地受限于舰船所处海况，为解决这一问题，提出了姿态加角速度匹配法。在三种典型的海况下，对这一传递对准方法中舰船甲板变形和陀螺常值漂移进行了Kalman滤波估计及精度分析，并对陀螺漂移标定的可行性进行了深入的分析。研究结果表明，姿态加角速度匹配法具有稳健的对准精度和快速性，陀螺漂移的标定依赖于舰船甲板动态变形的大小。     

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。     

考虑旋转调制 INS 轴角误差的船体变形测量方法

旋转调制式惯导已成为舰船主惯导,在采用旋转调制式惯导进行船体变形角测量时,由于旋转轴与惯性测量组件的坐标系不完全重合,导致船体变形角中被引入与旋转相关的波动误差。针对这一问题,提出了考虑旋转调制惯导转轴倾角误差的船体变形测量方法。推导了单轴旋转系统转轴倾角误差与船体变形测量之间的数学关系,构建了含有轴角误差的状态观测数学模型,利用卡尔曼滤波器实现了船体变形测量的同时对转轴倾角进行估计。实验结果表明,所提方法可以估计出旋转调制惯导中存在的转轴倾角大小,有效提高测得船体变形角精度,其中水平方向提升到6″,纵向方向提升到6″,为利用旋转调制式惯导进行船体变形测量提供参考。     

一种单轴旋转捷联惯导系统抗晃动快速自对准方法

为满足对惯导系统的快速反应和高精度要求,针对单轴旋转捷联惯导系统,提出了一种抗晃动快速自对准方法。在捷联惯导单轴往复旋转的基础上,首先采用一种抗晃动基座粗对准方法完成初始航姿的计算,然后在粗对准的基础上,采用一种惯性系下速度为观测量的闭环Kalman滤波方法完成精对准。实际车载试验验证表明,在总对准时间不大于300 s的情况下,该方法下系统航向对准精度优于1′/cos(RMS),水平对准精度优于0.2′(RMS)。该方法算法简单,计算量小,应用于单轴旋转捷联惯导系统时对准速度快,精度高,具有很好的工程应用价值。     

一种改进的双轴旋转惯导系统十六位置旋转调制方案

旋转调制方案是决定旋转式惯导系统导航精度的一个重要因素。针对双轴旋转调制惯导系统,为更好地调制各项惯性器件误差,提出了一种改进的十六位置调制方案。该方案不仅能够调制常值零偏、安装误差、对称性标度因数误差、非对称性标度因数误差,还能够有效地减小陀螺安装误差引起的速度和位置误差振荡。仿真结果表明,该方案能够将安装误差引起的速度和位置误差的振荡幅值降低至1/3;在目前的惯性器件水平下,采用该方案能够实现1 n mile/5day的定位精度。     

一种适合工程实用的捷联航姿算法

从工程实用的角度出发，针对惯性元件输出中存在干扰这一问题对四元数的三子样旋转矢量算法和四阶龙格－库塔法进行了分析和比较，指出四阶龙格－库塔法是一种具有工程实用价值的捷联航姿算法，并给出了在理想情况和有干扰的情况下算法的仿真结果。     

基于快速正交搜索的车载导航方法

以某型自行火炮炮载惯导系统为研究对象,针对系统剩余高阶非线性误差得不到有效补偿的问题,结合卡尔曼滤波(KF),提出了基于快速正交搜索(FOS)的组合估计方法,既消除了线性误差,也对系统的高阶非线性误差起到了良好的抑制作用。试验结果表明,在没有卫星信号的情况下,与单独使用KF相比,FOS/KF可以有效提高导航精度,经过补偿后的平均水平速度误差仅为0.034 m/s,定位误差可基本保持在10 m以内,实现了非线性条件下的高精度自主导航。