外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析

为了适应惯导系统的长期稳定使用和避免从机组上拆装的麻烦,实现惯组的外场标定是非常有意义的。在不依赖转台等设备的条件下,分析了仅依靠速度误差和位置误差信息时激光陀螺捷联惯组的误差参数的可观测性问题。首先从外场条件下系统误差的动态方程出发分析了捷联惯组的误差状态（姿态误差以及陀螺和加速度计的六个常值漂移）的可观测性并且进一步分析了误差状态估计的收敛速度以及受观测噪声的影响程度。分析表明,单一位置条件下在没有精确初始姿态误差信息的情况下惯性仪表零偏是不可观测的,为了较精确地估计出惯组的误差系数需至少将惯组摆放三个位置。最后对理论分析结果进行了仿真验证。     

激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性与外场自标定

惯导系统参数稳定性是决定系统精度的重要因素。基于激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性统计分析,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统外场自标定的加速度计组件误差参数模型。以惯性组合转动后重新调平的水平姿态修正量以及静态下重力测量误差为观测量,不依赖外界方向姿态转角等基准信息,实现了加速度计组件主要误差参数在外场条件下的自标定,并给出了标定参数的修正方法。实验表明,常温下加速度计组件的标定参数发生明显变化,采用外场标定方法可对其进行修正,相应的水平姿态最大误差由65″减小到10″。该方法标定精度好,标定时间短,操作简便,且对基座不稳造成的瞬时姿态小扰动影响有抑制能力。     

利用ESO和TD进行的激光捷联惯组误差参数外场标定方法

对外场条件下激光捷联惯组9个误差参数的标定问题进行了研究,包括加速度计零偏、加速度计标度因数误差以及陀螺零偏。对外场静基座条件下9个误差参数的可观测性进行了分析,并且从理论上推导出在不需要其他外界基准信息的前提下,仅根据导航速度误差和位置误差来完成9个误差参数标定的最少位置数,给出了一种利用扩张状态观测器(ESO)和跟踪微分器(TD)提取导航速度误差的微分信息,从而快速估计惯组9个误差参数的算法。用一组可行的多位置编排进行了惯组的9个误差参数标定的仿真验证,结果表明,该算法简单,精度高,易于在外场实现。     

激光陀螺捷联惯导系统外场快速标定新方法

针对激光陀螺具有标度因数稳定、漂移误差变化小的特点,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统的陀螺及加速度计组件简化误差参数模型,推导出了适合激光陀螺捷联惯导系统外场快速自标定的误差模型,设计了激光陀螺捷联惯导系统9位置系统级标定方法,并通过试验验证了该方法可快速准确的标定出加速度计组件的标度因数、安装误差、零偏及激光陀螺安装误差等15个主要参数,方法简单易行。     

外场条件下激光捷联惯组多位置标定方法精度分析

从标定算法误差和位置编排对标定精度的影响两个方面对外场激光惯组多位置标定方法的标定精度进行了分析。证明多位置标定中由粗对准姿态角代替精确姿态角所产生的误差为二阶小量,而对加表等效天向误差和陀螺等效北向误差的估计误差会直接影响标定精度。数学仿真表明对于加表零偏10-4g,加表标度因数10-4和陀螺零偏10-2 deg/h数量级的激光惯组,该多位置标定方法的估计精度高于相应误差参数本身2个数量级,说明该方法具有较高精度。在优化位置和非优化位置条件下,多位置标定方法精度的仿真结果在同一个数量级,说明该多位置标定方法对位置编排不敏感。     

激光捷联惯导系统的一种系统级标定方法

根据陀螺和加速度计的输出误差模型,从惯性导航基本方程出发推导了捷联惯导系统的系统级标定的一种误差参数标定模型,明确了该模型成立的条件,分析了该模型下惯性仪表24项误差参数的可辨识性,从而解释了已有文献未将惯性仪表24个误差参数完全辨识的原因,完善了该理论的完整性,并且提出了设计多位置翻滚实验的位置编排原则,给出了能够辨识出惯性仪表24项误差参数的标定方法.根据该位置编排原则可以找到多组可行的位置编排使得惯性仪表误差参数是可辨识的.该标定方法简单易行.     

捷联惯导系统的空中标定方法

从工程实用和维护的角度出发,提出了一种针对机载捷联式系统的空中标定方法。该方法依据捷联惯导系统级标定的基本原理,使用卡尔曼滤波作为估计手段,惯性器件常值漂移、刻度系数误差及惯导系统基本误差项作为状态量,依据外部GPS信息作为观测基准,通过设定的飞行机动动作对各待标定误差项进行激励。仿真卡尔曼滤波结果表明,依据飞机实际运动过程设计的简单飞行轨迹即可以实现对所有误差项的有效激励,各误差项随飞行过程进行逐步收敛。这种系统级空中标定方法不需要飞机作特殊的机动动作,在实际工程中易于实现,且经过一个架次的飞行就可以对惯导系统进行一次标定补偿。     

激光陀螺捷联惯导系统多位置标定方法

在建立惯性仪表简化误差模型的基础上,提出了一种多位置标定方法.该方法充分考虑标定条件、设备以及时间等因素,设计了一种多位置连续转动标定方案,充分激励惯性仪表各项误差参数,从而建立起所有误差参数与系统导航误差之间的关系,通过测量每个位置静态导航状态下的速度误差,采用最小二乘估计,全面辨识出所有21个误差参数.理论分析和实验结果表明,与传统标定方法相比,该方法对标定设备要求低,无需北向基准,实现简单方便,在较短的时间内就可以一次标定出惯性仪表所有21个误差参数,标定精度与基于精密转台的标定精度相当,具有较强的工程实用性.     

旋转式捷联惯导系统精对准方法

针对静基座捷联惯导系统初始对准时可观测性差的缺点,提出了捷联式惯导系统四位置转停的单轴旋转方案,以及在此方案下的精对准方法。将陀螺常值漂移和加速度计零位误差调制成周期变量,通过改变惯导系统误差模型中的捷联矩阵改善系统的可观测性。为了使捷联惯导系统的误差方程适合卡尔曼滤波模型,将加速度计误差和陀螺漂移扩充为状态变量,采用卡尔曼滤波方法实现旋转式捷联惯导系统的精对准。仿真结果表明,IMU旋转状态下的对准方法大大提高了系统失准角的可观测性,从而提高了对准精度。     

一种锚泊条件下捷联惯导系统级标定方法

捷联惯导的误差参数标定,一般是在实验室静基座或外场轻微晃动干扰基座下进行的,不能满足舰船出海期间在锚泊条件下对捷联系统进行标定的需求。针对此问题,提出了一种舰船锚泊条件捷联系统级标定方法。通过设置合适的卡尔曼滤波器量测误差参数和延长系统级标定时间,来减小锚泊运动的影响,使系统级标定结果准确稳定。通过设置不同的惯导系统误差,进行多次锚泊条件系统级标定仿真,对所提方法进行验证。仿真结果表明,在经过系统级标定后,加速度计零偏误差小于10μg,陀螺和加速度计的刻度系数误差小于30ppm,两者的安装误差角小于10'。舰船锚泊条件系统级标定方法可以在舰船出海后不依赖外部测量信息标定惯导的部分参数,具有一定的应用参考价值。     

基于速度阻尼的双轴旋转式激光陀螺捷联惯导标定方法

惯性元件参数的长期稳定决定着惯导系统的精度,目前对于激光陀螺捷联惯导系统(RLG-SINS)主要是采用系统级旋转调制技术来实现高精度导航能力,同时系统级旋转也提高了初始对准精度以及惯性元件误差的可观测性。针对激光陀螺惯导系统惯性元件误差项的特点,同时结合分立式标定与系统级标定各自的优势,设计了一种水平阻尼模式下的Kalman滤波方案,利用双轴旋转机构,通过观测导航位置误差来实现初始对准以及部分惯性元件误差参数的标定,可以有效地减小惯性元件逐次启动误差对导航精度的影响。仿真结果表明,系泊状态零速度阻尼模式下工作4 h,可以标定出石英加速度计标度因数误差、零偏与激光陀螺零偏,共计9项误差参数。加速度计零偏估计误差小于2%,陀螺零偏估计误差小于8%,误差估计精度满足高精度惯性导航要求,该方法具备一定的工程实用性。     

捷联惯导现场最优标定方法研究

针对静基座捷联惯导的初始对准和标定，提出了一种基于虚拟噪声的现场最优标定方法，即两步估计法。同多位置对准方法相比，其特点是结构简单、省时、易于实现，既能保持一定的姿态精度，又能大大降低导航和定位误差，特别适用于短时间、低中精度导航系统。     

挠性捷联惯导自动化标定与测试系统

为满足某型号挠性捷联惯性导航系统批量生产的需要,设计了挠性捷联惯导系统自动标定与测试系统。研究了目前惯性测量组件自动测试系统的发展情况;针对捷联惯导系统的特点,设计了监控计算机与捷联惯导系统之间的通信协议,实现了基于串口的通信机制;分别以惯性测量组件自动测试系统和独立的转台系统为基础,在不增加硬件设备的条件下,利用串口通信机制实现了捷联惯导系统标定与测试过程的自动化,包括标定流程控制、数据记录、标定结果计算和标定参数装订。该系统能够满足捷联惯性导航系统”自动标定与测试的要求,且充分利用了现有设备,降低了自动标定系统的开发成本。     

激光陀螺捷联惯导系统尺寸效应参数标定与优化补偿

提出一种捷联惯导系统尺寸效应标定补偿方法,先标定出捷联惯导系统中每个加速度计相对于三轴转台回转中心的杆臂参数,再基于尺寸效应误差最小原则,对载体坐标系原点位置进行优化,得出相应的尺寸效应参数。对于零偏稳定性优于2×10^-5g的加速度计,杆臂参数与尺寸效应参数标定重复性优于0.2mm。将载体坐标系原点置于三轴转台回转中心,以重力加速度g为基准验证标定补偿效果,转台匀速转动情况下,补偿后10min平均偏差小于2×10^-6g。根据激光陀螺角增量采样值求出角速度和角加速度,对惯导实验中的尺寸效应进行补偿,在转台角运动条件下纯惯性导航1h定位误差由尺寸效应补偿前的1600m减小到补偿后的300m以内。     

一种快速精确的捷联惯导系统初始对准方法研究

由于传统的多位置对准方法在用卡尔曼滤波器对其状态变量进行估计时，方位失准角收敛很慢，因此提出了一种快速多位置对准估计方位失准角的方法，直接利用两水平失准角快速收敛的估计结果对传统多位置对准中方位失准角的估计，从而大大提高了捷联惯导系统静基座对准的精度和速度。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种快速精确的捷联惯导系统初始对准方法研究

传统的多位置对准方法虽然使捷联惯导系统静基座初始对准的精度得到提高，但是用卡尔曼滤波器对其状态变量进行估计时，方位失准角收敛很慢。本提出了一种快速多位置对准估计方位失准角的方法，直接利用两水平失准角快速收敛的估计结果对传统多位置对准中方位失准角的估计，从而大大提高了捷联惯导系统静基座对准的精度和速度，计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

用低精度双轴转台对捷联惯导进行系统级标定的方法

为降低捷联惯导系统标定对转台精度的要求,提出了一种利用低精度双轴转台对捷联惯导进行系统级标定的10位置标定方法。通过选取恰当的惯性组件坐标系,建立加速度计和陀螺仪的输出误差模型,在双轴转台上合理进行10位置编排,然后利用系统翻滚过程中的导航误差作为观测量,全面辨识出包括加速度计标度因数非线性项的24个系统误差系数。通过数学仿真和实物试验两方面验证,该方法可在低精度双轴转台上全面辨识出系统误差系数,精度同在精密转台上使用传统方法标定精度相当,且标定时间短,方法简单易行。     

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。     

机载激光捷联惯导系统动态误差的影响分析

激光捷联惯导系统中传感器由于直接与载体固联,同时还存在激光陀螺抖动振动,使系统误差特性较平台式系统更复杂,振动对系统动态误差影响更大。针对某型激光惯导系统随载机试飞中长航时精度超差的问题,分析了振动诱导误差的形成机理,查明了长航时精度超差的原因是由于惯导部件与其安装支架连接后的产品谐振频率与飞机螺旋桨叶通过频率耦合所致,为此提出了降低惯导部件内减振器带宽、提高载机惯导部件安装支架刚度的改进措施。经完善激光惯导系统算法,实施改进措施后,试飞考核,系统精度达标,从而验证了措施的正确性。     

捷联惯导系统初始姿态和仪表误差标定迭代算法研究

从工程实用角度出发，提出了一种在初始方位已知的情况下同时进行姿态估计和仪表误差标定的迭代计算方法。半实物仿真结果表明：该方法在占用一定初始对准时间的条件下能在线补偿仪表误差，并能显提高惯导系统导航精度，效率较高。