惯性平台误差快速自标定技术

误差标定及补偿是提高惯性系统实用精度的重要手段。惯性平台借助自身框架的转动及锁定功能可以实现自主误差标定,为载体的机动性和制导/导航精确性创造了条件。但标定的完善性与快速性之间存在矛盾。本针对一种三轴平台设计了一个十六位置误差标定及自主对准一体化方案,可以分离出总计42项误差,其中包括自主确定方位。占用时间约70分钟,在标定完善性与快速性之间达到了较合理地折衷,在实用中取得了良好的效果。     

整弹不开箱的惯导系统射前小姿态标定方法

为简化中等精度捷联惯导系统的标定步骤,缩短发射准备时间,提高部队反应速度和保障效率,针对实际工程使用的33个参数的惯导系统误差模型的标定问题进行了方案研究.提出了一种适用于整弹不开箱条件下新的7位置标定方法,并对由此带来的转动空间限制问题进行了相应的考虑,有效解决了传统多位置、多速率测试方法难于运用于整弹条件下的惯导误差标定的问题.在考虑存在有转动定位误差为0.1°的情况下,对标定方法进行了相应仿真研究.仿真结果表明采用上述方法可以有效解算出33个误差系数,且得到的误差系数相对误差在7%的范围之内,可以满足部队的一般战斗保障需求,从而验证了方案的实际可行性.     

高精度惯性平台十六位置自标定方案

针对惯性平台系统多位置自标定的误差系数个数还较少的现状,提出了一种平台十六位置自标定方案。通过对惯性平台系统惯性器件输出误差模型和惯性器件安装误差的详细分析,推导出了包含51项误差参数的平台系统误差模型。结合方程组有最小二乘解的理论,提出了适合平台多位置自标定系统的可观测性分析方法,并以此为指导,提出了平台多位置自标定系统的优化指标。根据此指标,结合平台信息矩阵的特点,得到了一种最优位置组合的数值搜索算法,并得到十六位置自标定方案。仿真结果显示,此十六位置自标定方案可以较高精度的估计出平台系统的全部51项误差参数。研究结果表明,用尽可能少的位置来高精度的辨识出尽可能多的平台误差参数是可实现的。     

基于D-最优的惯性平台自标定方案设计

惯性平台自标定的标定方案设计目前多是依靠经验人为设计,而没有比较系统的标定方案设计方法,为解决此问题,提出了一种基于D-最优理论的惯性平台自标定方案设计方法。首先分析给出了包含36个待估计参数的平台系统误差模型;然后以陀螺仪和加速度计的输出模型为回归模型,将惯性平台自标定看作一个广义的多元回归问题,以D-最优理论为优化准则,提出了并行设计和串行设计两种标定方案设计思路。将得到的优化方案与传统的十六位置标定方案进行了仿真对比分析,仿真结果表明:优化方案的陀螺仪误差系数、加速度计误差系数和加速度计安装误差系数标定相对误差都在1%以下,与传统十六位置标定方案的标定精度相当;但优化方案的陀螺仪安装误差标定相对误差在5%左右,远远优于传统十六位置标定方案25%的相对误差;而且优化方案的标定位置更少,能够减少标定时间,验证了标定方案设计思路的正确性。     

捷联惯组射前工程化标定技术

研究了捷联惯组射前标定技术,改进和优化了原有的射前标定方案。射前标定工程应用的关键是初始方位角的确定,这是分离陀螺仪误差系数的基础,精瞄结束后,可以获得弹体坐标系与参考坐标系之间确定的信息。利用精瞄信息,提出了反向导航法以解决射前标定中的初始方位角确定问题,解决了射前标定的工程化应用问题。提出了迭代算法,减小了历次测试结果对射前标定精度的影响,提高了射前标定的精度。精度分析和试验结果分析表明本文所研究的射前标定方案及相关算法能够满足其工程化应用的要求。     

基于星体测量的惯导水平姿态标定技术

水平姿态误差标定是提高测量船惯性导航系统精度的重要手段.传统的水平精度标定一般只能在实验室或坞内等静态条件下通过高精度水平仪来实现.针对动态条件下水平作差、平台旋转及经纬仪方位俯仰信息联立求解等标定方法存在标定条件苛刻、精度相对较低等局限性,提出了一种基于星体测量的惯导水平姿态标定新技术——俯仰脱靶量求解法,推导了计算公式,并对解算精度进行了系统分析.通过惯导精度鉴定及某次试验任务的检验,其解算精度在5.8″以内,具有较高的置信度.该方法解决了惯导水平姿态动态条件下标定的技术难题,为提高惯导水平姿态精度、实战数据的事后处理以及动态条件下加速度计零位标定提供了依据,对提高航天测量船总体测量精度具有重要意义.     

火箭弹大动态单轴平台惯导系统姿态算法

火箭弹在飞行中常采用滚转稳定的控制方式,其滚转角速度的动态范围很大,因此实时、准确地测量滚转角速度和滚转姿态角成为制导火箭弹控制的关键问题。大动态单轴平台惯导系统将IMU安装在沿滚转方向的稳定平台上,通过伺服电机驱动单轴平台相对于弹体反旋,隔离滚转方向的大动态角速度,为IMU提供平稳的测试环境。介绍了大动态单轴平台惯导系统的组成和功能,搭建了样机,推导了惯导姿态解算的数学模型。经过120 s半实物仿真试验,系统俯仰姿态角误差<4°,偏航姿态角误差<3°,滚转姿态角误差<25°,结果验证了整体方案的可行性和姿态解算模型的正确性。为进一步提高姿态解算精度,搭建单轴平台组合导航系统,实现全部导航信息的高精度测量打下了基础。     

导弹竖直过程中加速度计的自标定方法

结合系统的实际应用,提出了一种导弹竖直过程中加速度计自标定方法。该方法让其在竖直过程中停留任意六个或六个以上的位置,利用地球重力加速度矢量建立三轴加速度计输出方程,并采用数学方法将此非线性方程线性化,变成了微处理器容易求解的形式。联立六位置过程中的加速度计输出方程,解算出加速度计的零位和标度因数,然后实施补偿。该方法不需要大理石平板,不需知道载体姿态,标定费时少,可以有效提高加速度计的使用精度,具有一定的工程应用价值。     

固连于可控旋转平台相机的外参标定

为了进行大视场角的测量任务,可以将相机安装在运动精确可控的平台上,以平台的姿态运动来扩展相机的视场角。相机相对于平台的位姿关系的精确标定是保证测量结果准确的前提。本文主要利用一维标志物体,根据成像关系,建立了外参标定的约束方程;发展了线性求解外参的方法,以及非线性优化的标定方法。为了克服线性法正交性差,以及非线性优化法不能求解平移向量的缺点,总结出了组合求解法,该方法可以应用于仅能够作旋转运动的平台。数值模拟和实验结果均表明姿态角的标定精度较高,而平移向量则对噪声十分敏感。最后分析了算法偶尔出现奇异的原因。     

一种SINS/超短基线组合定位系统安装误差标定算法

超短基线设备由于尺寸小,使用灵活,在水下导航定位中常与惯性设备进行组合导航。为了标定出超短基线坐标系与载体坐标系之间存在的安装误差,提出了一种基于小角度近似的安装误差标定算法。首先,确定应答器的位置,再对安装误差角对应的姿态矩阵进行小角度近似,最后利用最小二乘法直接计算得到安装误差。通过仿真验证,在斜距误差为0.5%的条件下,航向安装误差角的标定误差比传统方法至少减少了32.8%。江试实验进一步表明,安装误差标定前后定位误差减小了76%。所提出的算法可以较好地减小导航定位误差,具有一定的工程应用价值。     

混合式光纤陀螺惯导系统在线自主标定

混合式光纤陀螺惯导系统IMU的安装误差、光纤陀螺的漂移及标度因数等参数会随着时间发生变化,对系统误差产生影响,使系统在使用一段时间之后精度发生变化,因而需要重新标定。在混合式系统中,通过台体旋转调制,惯性元件常值漂移误差对系统的影响得到抑制,但安装误差和标度因数误差对系统的影响无法得到完全调制,这些误差会与地速及旋转角速率耦合,引起锯齿形速度误差,降低了系统的各项性能。针对混合式惯导系统,建立了IMU误差模型,设计出一种在线自主标定方法,并进行了可观性分析。该方法采用"速度+位置"匹配,对惯导系统30项相关误差项进行在线标定。系统实验结果表明,系统级在线标定参数较分立式标定参数在导航定位精度上提高了半个数量级。     

弹用平台惯导系统空中动基座对准技术

通过建立动基座对准速度匹配的系统模型，对影响传递对准的一些重要因素如杆臂效应、挠曲振动等进行了分析，按照既定的载机机动方案采集飞行数据进行离线仿真。仿真结果表明，自适应卡尔曼滤波可达到对准时间15min，水平对准误差小于1′，方位对准误差小于6′，水平轴陀螺测漂小于0．02（^o）/h的指标要求，证明S形机动速度匹配自适应卡尔曼滤波方案设计正确。利用机载试验数据进行的离线仿真验证，在将自适应卡尔曼滤波理论应用于工程实际方面以及对空中动基座对准方案的试验验证方面具有创新性。     

机载平台式惯导系统导电环故障机理分析及解决措施

导电环是平台式惯导系统惯性平台的重要组成部分,主要承担惯性平台台体内各种信号与系统的传输和交联,导电环发生故障直接会导致惯导系统失效。针对导电环三种故障模式:接触电阻变大、绝缘强度降低以及烧坏,本文采用微动磨损和电接触理论,结合作者的实际工作经验,对故障机理进行了分析,提出了相应的改进措施。这些措施均在生产中得到落实。落实措施后的故障统计表明,采取的改进措施有效,导电环的故障率与原来相比降低了38%。     

基于伪地球坐标系的惯导系统全球导航算法

由于极区特殊的地理、电磁条件,惯性导航因其自主性和信息完备性使之成为极区导航的首选。然而在考虑全球执行能力时,现有常用的任何一种力学编排方案都不能单独的实现全球导航。通常采用组合编排的方式,这样则不利于惯导算法的全球统一。基于此提出了基于伪地球坐标系的全球导航算法。该方案在全球导航时可以实现惯导算法的内在统一,并可保证物理平台的平稳切换,从而实现平台惯导与捷联惯导系统编排方案的统一。另外,该方案也更方便同其它局部惯导系统进行交互通信,仅不同的参数转换单元是必需的。同时,简单的切换逻辑也可以减小程序设计的复杂度和降低计算机负担。最后通过仿真证明了该算法的可行性。     

水面小尺度漂浮平台的设计与实验

针对水面便携、易投放的小尺度漂浮平台的需求,设计了一种基于漂浮系统和稳定机构的水面小尺度漂浮平台,详细分析了水面小尺度漂浮平台的总体结构和工作原理,设计了二自由度的并联稳定机构和基于惯性测量单元的位姿测量系统,建立了基于滑模变结构原理的控制系统。在此基础上,完成了实验室摇摆台实验和水池摇摆实验。实验室实验结果表明,小尺度漂浮平台能够提供±0.2°的稳定基座;水池摇摆实验结果表明,小尺度漂浮平台能够提供±0.8°的稳定基座;负载系统能够有效地探测目标。研究结果可为水面小尺度漂浮平台的改进提供基础。     

惯性平台稳定回路基于Backstepping的动态滑模控制(英文)

针对带不匹配不确定非线性干扰的惯性平台稳定回路跟踪控制问题,提出了基于backstepping的动态滑模控制方法。首先,建立了惯性平台稳定回路的等价模型,该模型由一个线性模型加上一个不确定的非线性函数组成。然后,基于backstepping方法设计了带渐近稳定滑模面的动态滑模控制器,解决了模型不匹配的问题,并提高了系统的鲁棒性。进而应用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器不仅能保证闭环系统的稳定性,而且可以通过选择适当的控制器参数来调整跟踪误差的收敛率。最后,仿真结果表明,基于backstepping的动态滑模控制方法与PID控制方法相比,提高了系统的跟踪精度,增强了鲁棒性。     

GPS/INS组合导航算法性能评估平台

针对常规GPS／INS组合导航算法研发系统扩展性较差的问题，研发了一种GPS／INS组合导航算法性能评估实验平台。该实验平台具有较高的开放性和可扩展性，能够比较便利地嵌入各种导航系统进行仿真数据实验、真实数据实验，完成算法性能的评估。文章首先介绍这一实验平台的基本结构，并给出了一些关键技术的解决方案，最后通过利用该平台进行仿真实验，结果验证了实验平台的GPS／INS组合导航算法性能评估是科学有效的。文章设计的多数据源导航模拟器和独立的算法库为今后的组合导航算法研究提供了有利的参考价值.     

航空遥感用惯性稳定平台动力学耦合分析

航空遥感用惯性稳定平台承载重量较大的成像载荷,系统相对复杂,耦合明显。根据航空遥感用三轴惯性稳定平台的结构特点,应用矢量叠加原理推导了平台环架运动学方程,建立了欧拉动力学模型,并分析了基座运动情况下各环架间的动力学耦合误差。仿真结果表明,基座对平台环架耦合较大,环架交叉耦合相对较小,且在外界干扰下基座及环架间的耦合加强。研究结果为稳定平台控制系统设计提供了依据。     

航空遥感用三轴惯性稳定平台动力学建模与仿真

航空遥感用三轴惯性稳定平台由于其机械结构特点,飞机姿态的扰动会耦合到安装在平台的相机上,影响相机的成像质量。为了对复杂耦合关系进行分析,从分析力学的角度出发,采用拉格朗日第二类方程,考虑轴承摩擦,建立了航空遥感用三轴惯性稳定平台动力学模型。在此基础上,对基座振动对相机相对于惯性系的扰动进行了数值仿真。仿真结果表明:基座振动同框架间的耦合力矩相比,基座振动对相机相对于惯性系的扰动占主导作用。当轴承间为动摩擦时,基座振动频率越高,对相机相对惯性系的扰动越小,并从理论上证明了此结论的正确性。研究结果为深入研究航空遥感用三轴惯性稳定平台的振动主动控制提供了理论依据。