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。     

基于遗传算法的舰载IMU优化布局

惯性测量单元（IMU）用来为舰载武器系统提供准确的姿态并实时监测舰船甲板的变形，对其数目和位置进行优化具有重要的实用价值．提出了多IMU优化布局的原则，建立了舰载IMU优化布局的数学模型，采用遗传算法对IMU的布局进行了优化求解。仿真结果表明，舰载IMU的布局是影响甲板变形估计精度的一个重要因素，通过对IMU的布局进行优化，减少了舰载武器系统所需IMU的数量；利用优化布局后IMU的输出信息对全舰甲板变形进行估计，估计精度有很大提高。     

数字滤波器在惯性测量装置中的应用

分析了数字电压表和数字示波器对惯性测量装置（IMU）模拟输出的测量数据，为了减少惯性测量装置模拟输出中的干扰信号对模数转换结果的影响，设计了数字巴特沃斯滤波器和中值平均滤波器。通过计算机仿真和实测说明：这两种数字滤波方法均可以在几乎不增加硬件的条件下提高IMU数字输出精度。     

基于Simulink和FlightGear软件的机载惯性测量单元仿真

包含动力学和运动学特性的机载IMU数据对于飞行对准等惯性系统算法研究具有重要意义。基于人在回路仿真的思想,设计了一种可包含完整飞机模型,不需要设计特定的自动驾驶仪,来实现任意机动下机载惯性测量单元仿真的方案。给出了惯性测量单元仿真模型,设计了基于Simulink、AeroSim模块集及FlightGear模拟飞行软件的新方案,实现了一个机载惯性测量单元的仿真模型,该模型采用飞行摇杆,由人实现对飞机的控制和机动飞行。仿真结果表明,采用该仿真方案,避免了复杂的自动驾驶仪设计,可以得到机动飞行条件下的机载惯性测量单元仿真数据和导航参数基准数据,方案切实可行。     

一种基于双IMU框架的室内个人导航方法（英文）

为了实现低成本的室内行人导航,提出了一种双惯性测量单元(IMU)框架。在这种模式下,一个IMU固定于足部,另一个IMU固定于肩部。当行人在行走过程中处于静止状态时,卡尔曼滤波器利用测量得到的速度和角速度误差对足部IMU的解算误差进行预估,与此同时,通过对足部IMU和肩部IMU测量得到的航向角做差完成对航向角误差的观测。在此基础上,双IMU框架结构采用了闭环模式。实验结果显示,采用该方法能够提供行人导航信息,平均位置误差与采用开环模式的方法相比降低了14.93%左右。     

一种惯性测量组件实时测温电路的研究及设计

介绍了一种采用三极管作为测温元件的惯性测量组件（IMU）实时测温电路的工作原理。该电路采用自闭环的工作方式，将温度值转换为二进制并行代码，具有电路体积小，响应快，对计算机时序要求低，构思巧等特点，在某型号空空导弹惯导系统中已经得到实际应用。     

捷联惯导系统减振设计

机抖激光陀螺的捷联惯性导航系统结构设计的关键在于惯性测量单元（IMU）的减振设计。文章描述了一种IMU减振系统设计的方法,并在实际应用当中获得良好的效果。IMU减振系统的设计方法主要分为三大内容。首先是对减振系统中减振器的布局方案进行仿真分析,建立减振系统的六自由度振动响应模型,研究减振器布局方案的频谱特性,比较得到减振效果较优的减振器方案。然后针对获得的减振器布局方案,设计IMU结构框架和各向同性的减振器,并采用有限元的方法,对IMU的减振系统进行模态分析,获得IMU减振系统的前20阶模态频率和振型,用有限元仿真分析的方法来验证减振设计。目前这种IMU减振系统的设计方法已应用到某新型捷联惯导系统当中,减少了系统陀螺精度的降低。     

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。     

舰船波浪中航行时的变形分析及其IMU实时测量方法

大型舰船在水面上航行过程由于波浪的作用会产生一定的变形,该变形会降低舰船上姿态信息的精度,影响舰载武器系统的作战效能,针对这一问题,首先对舰船的变形进行理论分析,计算舰船所承受的波浪载荷,将波浪载荷加载到舰船的有限元模型,经计算得到的甲板各节点的角位移及线位移信息,以此来分析舰船的变形。在舰船的关键战位点安装由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元(IMU),将IMU的输出信息与舰船主惯导的输出信息进行匹配,设计舰船变形估计的卡尔曼滤波器,实时估计IMU安装处的甲板变形角,为舰载武器装备提供准确的局部姿态信息,实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于深度学习与运动状态识别的车辆惯性导航方法

微机电惯性测量单元（MEMS IMU）因成本低、体积小以及功耗低等优势受到广泛关注,但由于MEMS IMU误差大且复杂,基于MEMS IMU的捷联惯性导航系统精度还远远不能满足移动机器人、无人驾驶等各个领域的广泛需求。针对此问题,提出了一种基于深度学习与运动状态识别的车辆导航方法。首先,针对MEMS IMU误差具有非线性、时变性的特点,基于改进后的膨胀卷积网络对MEMS IMU陀螺仪漂移进行标定补偿。其次,利用时间卷积神经网络动态检测车辆的运动状态,并将特定运动状态的约束信息作为观测量,基于不变扩展卡尔曼滤波进行信息融合。所提出方法在公开数据集进行了验证,与未对陀螺误差进行标定补偿的基于深度学习的运动状态检测与约束方法进行了比较,所提出方法将车辆水平位置的绝对轨迹误差和相对轨迹误差平均值分别降低了30.9%和24.7%,证明了所提出方法的有效性。     

捷联惯性测量组合误差系数的软件补偿法研究

针对捷联惯性测量组合误差的数学模型,提出了惯性组合误差补偿的计算方法,推导了计算过程,得到了陀螺和加速度计误差补偿公式.通过补偿计算,能够得到弹体在采样时间间隔内运动的视速度增量和角增量.该算法能够满足应用的精度要求,对捷联惯性测量系统的误差补偿有一定的有效性和可行性.     

基于Matlab的数字滤波器设计及其在捷联惯导系统中的应用

通过对某型直升机惯性导航系统输出的角速度和加速度信号的频谱分析，提出了采用Matlab设计IIR低通滤波器，并对原信号进行了滤波处理。实践证明，所设计的数字滤波器在不增加硬件的条件下，占用很少的计算机资源，实现了信号的实时滤波计算。     

某型导弹惯性控制系统测试

某型惯性控制系统是该导弹惯性制导系统的重要组成部分。用静止导航试验法来测试惯性导航系统性能,是一种简便易行的方法。为了高效地对惯性控制系统进行维修测试,以静止导航试验法为基础,进一步提出了在线测试和离线测试两种测试方法。介绍了某型导弹惯性控制系统自动测试设备的总体设计方案及软件、硬件实现方法,并研制出了相应的测试设备。该设备采用虚拟仪器技术,主要由测控计算机系统、信号控制调理模块和电源组成,主要编程软件为LabWindows CVI8.0。实际工程测试表明：用这种测试方法和设备,能够较详尽地测试出惯性控制系统的性能参数,较准确地进行产品的故障定位,大幅度提高了产品的测试和维修效率,在功能、精度以及实时性等方面都达到了预期的目标。     

基于机器学习的人体虚拟惯性测量组件构建方法

利用人体特征辅助行人导航与外骨骼机器人控制是近年来导航与机器人领域中的热点研究方向。针对惯性测量组件足部安装方式在过载较高时无法实现有效测量的问题,研究了一种基于机器学习的人体虚拟惯性测量组件构建方法。该方法以同步采集安装于足部与下肢其他部位的惯性测量组件的输出作为数据样本,通过遗传算法改进的误差反向传播(GA-BP)神经网络实现虚拟惯性测量组件的构建。为进一步改善训练效果,采用基于步态相位检测方法对训练样本进行筛选。基于Anybody与MATLAB的联合仿真结果表明,本文所研究的方法可实现采用安装于髋关节附近位置的惯性测量组件数据,有效模拟足部位置的惯性测量组件数据。该方法对未经训练的步态也有一定的适应性。本文所研究的方法可进一步应用于行人精确定位与外骨骼机器人控制等领域。     

单轴旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制

为了提高惯导系统长时间导航精度,采用旋转调制技术将惯性器件误差调制成周期性变化信号,抑制惯导系统误差发散.首先,基于惯性测量单元的误差模型,阐述了旋转调制技术的基本原理.然后,将激光陀螺慢变漂移建模成一阶马尔可夫过程,基于一阶马尔可夫过程的自相关函数,理论分析了旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制.最后进行了仿真与试验...     

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。     

无陀螺捷联惯导系统角速度解算精度的研究

在无陀螺捷联惯导系统中,角速度的解算精度是技术关键,由于角速度是由载体上加速度计敏感出的比力解算出的,选择合理的方法解算角速度是提高其精度的根本,文中提出高解算精度的新途径,并以某型导弹为例,对其进行实时仿真,证明了它的可行性。     

激光陀螺单轴旋转惯性导航系统

高精度的惯性导航系统是提高舰船综合作战性能的基础。为了提高惯性导航系统的精度,采用单轴旋转惯性测量组件的方法,研制了激光陀螺单轴旋转惯性导航系统。介绍了系统的硬件组成,主要包括系统基本结构,惯性器件的主要技术参数和导航计算机的组成。描述了系统的多位置初始对准方式和温度补偿方案。对该系统进行了长时间静态导航实验和跑车实验,实验结果表明:四次长时间静态导航实验峰值定位误差5d优于1nm,10d优于2nm;两次跑车实验峰值定位误差77h优于1.4nm、15d优于2.5nm。     

基于导弹舵面信息的惯导姿态角速率滤波方法

针对导弹武器中低精度惯导系统陀螺所测量的弹体姿态角速率误差较大的问题,提出了利用导弹控制舵面信息与弹体姿态角的动力学关系构建滤波方程的方法,其相对于常用的低通滤波器能够更加精确地反映出姿态角的变化趋势.此外为降低采用EKF和UKF等非线性滤波方法所带来的计算复杂度,仿真中通过构造交错卡尔曼滤波器实现了对非线性系统的伪线性化.最后通过对某型低精度惯组在三轴姿态转台上的半实物仿真实验,该滤波算法将实测的惯导姿态角速率误差降低了40%以上.     

高动态载体高精度捷联惯导算法

捷联惯导系统的精度是导航的关键.传统的捷联惯导算法受惯性传感器更新速率限制,其精度和实时性在高动态下受到极大影响.在研究传统捷联惯导算法的基础上,建立了统一的捷联惯导微分方程,并提出了基于一次采样的四阶龙格库塔捷联算法,降低了惯性器件采样频率对捷联解算周期的限制.利用设计的基于DSP的半物理仿真系统验证表明,该算法能有效满足高动态下捷联惯导算法的实时性要求,定位精度提高约1倍,具有重要的工程应用价值.