航天测量船静电陀螺监控器标定分析与应用

针对航天测量船标校经纬仪设备航向测量的局限性以及新装备的投入使用现状,分析了海上动态条件下静电陀螺监控器标定过程外界的影响因素,提出了静电陀螺监控器设备导航数据质量的分析方法.在此基础上,进行了试验数据的分析,通过与标校经纬仪测星计算的惯导航向误差比对,充分说明了该设备的良好性能,从而解决了测量船多云天气下标校经纬仪无法测星为惯导系统校准提供航向差的问题,实现了与标校经纬仪数据的互补,进而保障了航天测量船全天候海上测控的精度.     

基于联合基座的天文/惯性组合测量系统的静态标校方法

从联合基座出发,设计了方位基准传递系统,对天文/惯性组合测量系统进行方位标校。舰船在码头系泊状态下,在甲板坐标系内,通过简单的光学方法达到满意的标校精度。在方位基准传递系统中,通过电子经纬仪将舰船的方位基准(首尾线)传递给惯性平台,再经过光电准直仪,将方位基准传递给方位光学工装,最后经过光电准直仪将方位基准传递给天文经纬仪,完成了通过惯导平台的方位镜与方位光学工装实现了不同层甲板的方位标校。实际标校和对标校误差分析计算结果表明:总的标校精度约为5.66″,优于10″的精度要求,提高了系统安装精度。     

基于北斗差分定位的炮载惯导外场标定

针对炮载惯导设备在外场标定过程中依赖固定基准点的问题,提出了一种基于卫星差分定位的误差标定新方法。该方法将北斗天线的安装误差、惯性器件的失准角以及安装误差等角度误差统一归为非对准误差。首先利用北斗测姿技术提供姿态基准,粗标出上述误差;精标阶段采用卫星差分技术来提供高精度位置信息,完成误差角的精确标定。多组标定结果与传统工厂标定方法结果相差均在0.3mil以内,达到了较高的精度。该方法不仅回避了对固定基准点的依赖,而且避免了滤波带来的繁琐过程,即能保证长时导航的精度,又提高了标定的实时性。     

基于空间目标异步观测的惯导误差快速确定

针对惯性/天文组合导航系统中大的初始状态误差影响惯导误差收敛速度的问题,在星相机观测具有先验位置信息的有限空间目标的辅助下,提出一种基于目标-恒星角距异步测量的惯导误差在线快速确定方法。首先,在星相机光轴旋转角度和视场角大小受限的情况下,设计了通过异步照相观测方式获取有效空间目标参考信息的方案;其次,在利用惯导误差状态传播模型实现异步测量信息同步处理的基础上,构建基于空间目标与恒星之间角距的非线性最小二乘优化模型,避免了星相机的光轴扰动和安装误差对测量精度的影响;最后,基于高斯牛顿法设计了两轮迭代优化估计惯导位置误差和速度误差的方法。蒙特卡洛仿真结果表明,所提方法利用对空间目标和恒星的有限观测信息,可以有效估计惯导位置误差和速度误差,在初始位置误差约十千米量级的情况下,可以估计补偿约97.73%的位置误差以及66.25%的速度误差,优化求解误差参数的计算耗时为0.0160 s。     

一种GPS测姿系统的设计及精度分析

为了研究一种适合船用的启动快、全天候、低成本、没有误差积累的测姿系统,根据船体甲板结构布局,设计了一套GPS测姿系统。系统采用4台双频GPS接收机,4天线棱形布局,艏艉基线约33 m,利用GPS载波相位测姿技术确定船舶姿态。海上动态试验时以惯导和光电经纬仪为数据比对基准进行精度分析。结果表明系统已基本达到了全时段测量的能力,其有效数据覆盖率可达94.8%以上,航向角系统误差小于18",纵摇角系统误差小于28",横摇角系统误差小于80"。系统已可作为大型船舶姿态测量的主要测量手段之一,同时由于其航向精度较高,可作为惯导系统航向校准的补充手段。     

一种用于天线跟踪稳定平台的SINS转动基座初始对准方法(英文)

提出一种应用于天线跟踪稳定平台的捷联惯导转动基座初始对准方法。首先对卫星天线跟踪稳定平台的结构进行分析,得出在不改变系统现有硬件结构条件下,可充分利用天线跟踪稳定平台的结构特点进行转动基座初始对准的结论;建立完整的捷联惯导旋转基座初始对准数学模型,并采用奇异值分解法分析捷联惯导转动基座初始对准的可观测性。实验结果表明,该方法初始对准中系统可观测矩阵的最小奇异值比静基座初始对准可观测矩阵最小奇异值大一个多数量级,能提高捷联惯导系统的可观测性,并能有效地提高姿态角尤其是航向角的对准精度,为提高通信卫星天线跟踪稳定平台的性能提供了有价值的参考。     

吊舱SINS/GNSS组合导航多杆臂效应在线估计算法

随着机载光电设备对姿态实时性和精度要求的不断提高,直接采用捷联方式安装于吊舱内部的小型惯性导航单元,配合全球导航卫星系统进行组合导航的方案开始逐渐得到应用.吊舱、飞机、惯导间由于空间安装位置的不同,吊舱框架角的不断变化会引入额外的杆臂相关误差.详细推导了吊舱、飞机与惯导间姿态转换关系,提出了一种改进的在线补偿杆臂效应参...     

一种惯导系统航向测量精度的动态评估方法

随着舰载武器系统的发展,对惯性导航系统姿态测量精度要求不断提高,因此对惯导系统姿态测量精度的评估与验证成为惯性测试技术中的关键问题之一,特别是针对动态条件下的评定。对此提出了一种惯导系统姿态信息测量精度的动态评估方法,该方法是由差分GPS测量系统、甲板经纬仪、综合测量靶标等设备组成的外测系统来实现。该外测系统通过外测定位数据、速度数据、航向数据与惯导系统相关数据进行比对达到惯导系统精度评估的目的。经过实船验证,该动态评估方法实测结果优于20〞,满足性能指标的要求。该方法的提出有效提高了惯导系统姿态信息的动态评估的效率,具有很好的实际应用价值。     

一种动基座传递对准算法性能评估的工程方法

在东北天地理坐标系下,推导了捷联惯导动基座传递对准模型.在此基础上,提出了一种在不具备精确标定设备的试验条件下,进行动基座传递对准算法性能评估的工程方法.该方法基于安装误差角滤波估计结果,对子惯导的初始姿态进行修正,并重新进行子惯导的导航解算;通过比较初始姿态修正前后子惯导的导航误差,对传递对准算法的性能进行定性分析.基于试验数据的处理结果表明,所建立的对准模型和采用的对准算法性能评估方法具有重要的工程应用价值.     

旋转多天线条件下导航解算方法

现阶段,一般采用多天线GPS接收机测量空间旋转目标。由于各天线安装位置不同,存在跟踪点不一致问题,影响了测量精度,有必要采取措施消除该系统误差。根据载体姿态信息,分析了旋转条件下天线安装位置与载体质心的位置速度关系,设计了旋转多天线条件下导航解算方法,将各天线观测值统一修正到载体质心,从而消除旋转条件下跟踪点不一致引入的系统误差。在载体姿态信息实时辅助下,该方法将天线安装位置不同引入的位置误差和速度误差分别减少至毫米量级和厘米量级,保证了高动态自旋载体测量精度。     

基于光学基准法提高倾斜船台上惯性平台水平测量精度

惯性平台安装在舰船的过程中需要将惯性平台坐标系与舰船坐标系进行对准,也就是对惯性平台进行标校。当舰船在倾斜船台上进行建造时,由船台的倾斜角度造成水平测量仪器的测量误差对标校的结果有很大影响,尤其是在测量舰船横摇角时,会由于测量仪器的摆放带来误差。为了提高倾斜船台上惯性平台的水平测量精度,在电子水平仪上设置光学基准,并通过高精度自准直经纬仪(TM5100A)对放置在基准平板及惯性平台上的电子水平仪进行方位对齐,保证其测量方位的一致性。实测结果表明:电子水平仪方位的对齐误差为2″,电子水平仪测量误差小于0.1″(计算值),从而提高了惯性平台水平测量精度。     

惯性平台姿态在高精度摇摆台上的标校方法

为提高自身不能提供姿态调整手段的惯性平台在高精度转台上的动态试验精度,设计了独特的安装及标校方法.利用新设计的方位标定装置,使用光学经纬仪及电子水平仪将方位标定装置上的光学六面体的法线与高精度转台的方位轴线取齐.然后,拆下方位标定装置,摇摆台置零,安装水平调整机构.将电子水平仪放置到水平调整机构的安装平板上,调节水平调整机构,将安装平板调平.安装惯性平台,将电子水平仪放置到惯性平台的水平基准平台上,再次调节水平调整机构,使电子水平仪的输出与转台示值一致,从而达到惯性平台与高精度转台水平取齐的目的.随后以光学经纬仪为过渡基准,将惯性平台的光学方位基准与高精度转台方位取齐,从而达到惯性平台与高精度转台坐标系对齐的目的.     

静电陀螺监控器低纬度避免标定重置的快速预测方法

在低纬度地区,静电陀螺监控器48 h标定阶段易出现上陀螺高度角低于限定值,导致标定重置的问题。为了避免标定重置问题的出现,根据转子自转轴空间指向的变化特点,利用上陀螺的测角数据、惯导航向和位置数据,综合船舶运动、地球自转、壳体旋转的影响,推导出了预测上陀螺高度角的计算方法,并提出了适时调整载体所处纬度的规避方案。根据计算结果绘制了转子自转轴空间运动轨迹,实现了标定重置时间点的预测,预测误差小于3 min。该方法只需要很少的原始测量数据,预测精度高,提出的规避方案可操作性强,具有一定的推广应用价值。     

新型无陀螺捷联惯导系统导航方案设计及建模

针对传统无陀螺捷联惯导系统角速度求解复杂,解算效率低,惯性元件安装精度要求高等问题,提出一种新型的无陀螺捷联惯导导航方案,将8-UPS型并联式六维加速度传感器作为其惯性元件,直接测量出运载体的六维绝对加速度。基于矢量力学理论,推导了其惯导基本方程;通过数值积分运算来提取载体的线运动参量;运用空间几何理论建立姿态方程,实时更新捷联矩阵以获取载体的角运动参量,从而完成了导航建模与解算。仿真结果表明该系统能满足航行体中精度实时导航的要求,是有效可行的。与同类导航相比,该系统具有结构紧凑、解算效率高、物理模型误差敏感性低等优势。     

一种改进的舰载机快速传递对准方法

为提高舰载机的快速反应能力,设计了一种测量参数组合匹配传递对准新方法。以舰载机惯导的姿态四元数和移动基准惯导的姿态四元数为切入点,通过四元数乘法构建量测量,并与角速度匹配组合构成量测方程,可有效克服传统姿态角匹配计算量大的不足,并获得较好的快速性和滤波精度。给出了数学模型,阐述了工作思路,推导了量测方程,并在舰载条件下进行了分析比较和仿真验证。仿真结果表明,采用本文提出的方法可获得良好的稳健性、快速性和准确性,估计精度与角速度加姿态角匹配方案的精度相当,计算量也明显减小。舰载机惯导系统不但在不到10 s的时间里就完成了对失准角和安装误差角的估计,估计精度均在0.5'以内,还能在不到100 s的时间里完成对陀螺漂移的估计,实现对陀螺器件的标定。     

速率偏频激光陀螺标定方法讨论

三轴整体式速率偏频激光陀螺由于总是绕其对称轴做等速率的正负旋转运动,通过传统的位置法和旋转法无法对用其构成的捷联式惯导系统进行标定。中讨论了速率偏频激光陀螺在系统中的精确标定方法,指出该方法需要特殊的转台设备,目前尚无法满足,因此提出了一种结合光学方法测量陀螺安装误差角。这种方法利用速率偏频转台自身的旋转角速率对陀螺刻度系数和常值漂移进行简易标定的方法,实验表明该方法可满足系统导航要求。     

基于陀螺仪输出误差观测的冗余INS标定方法

冗余惯导系统陀螺仪由于确定性误差及随机误差的干扰,影响系统精度,且冗余惯导系统陀螺仪的标定过程中存在部分误差不可观测的问题。针对冗余惯导系统,设计了一种基于陀螺仪输出误差观测的标定方法。采用改进的经验模态分解算法对陀螺仪信号进行降噪处理,降低随机误差的干扰。改进冗余配置下的量测方程,以冗余陀螺仪输出误差为观测量,对陀螺仪的常值误差、标度因数及安装误差进行标定。基于四面体配置的MEMS静基座导航试验结果表明,所提出的方法与传统的零空间扩增标定方法相比,系统1 min时定位精度由70.32 m提升至24.27 m,航向角误差由22.49′提升至6.39′,验证了所提出的标定方法的有效性。     

四环空间稳定平台姿态角的解算

不同于当地水平稳定系统,空间稳定系统中的姿态角信号不能够由平台框架角直接测量,而必须经过一系列计算才能够产生。为指导四环空间稳定平台的姿态角解算,在坐标变换的基础上,推导了平台姿态角的解算方程,设计了姿态角解算中的关键系统—高精度平台框架角测量系统。在此基础上,给出了姿态角解算的算法流程。系统测试结果表明,该方法能够正确解算四环空间稳定平台惯导系统的姿态角,在采用精准的陀螺漂移模型并引入外速度及高度阻尼后,姿态计算的数据处理误差可以控制在20″以内,能够满足高精度惯性导航系统的需要。     

基于角加速度滤波的柔性杆臂补偿方法

针对基于柔性杆臂传递对准方案中的杆臂加速度构建时,角加速度提取噪声大的问题,提出利用跟踪微分器求取角加速度信号,以补偿杆臂挠曲一体化模型中的杆臂加速度误差。通过将子惯导角速率及其跟踪的微分结果作为模型分量,进而推导建立了考虑柔性杆臂的传递对准模型。仿真表明基于角加速度滤波的方法可以获得平滑的角加速度信息,基于柔性杆臂补偿的传递对准模型,可以实现三轴安装误差估计精度平均提高22.3%,姿态失准角估计精度平均提高4.6%,所提出的方法具有一定的工程适用性。     

航天测量船静电陀螺监控器海上动态标定

为减小海上动态条件下静电陀螺监控器标定过程外界因素的影响,提高航天测量船组合导航系统静电陀螺监控器海上测量数据的输出精度,通过对静电陀螺监控器标校过程原理的研究,分析了惯导水平姿态误差、船舶机动、标定参数耦合等因素对静电陀螺监控器标定效果的影响并进行了仿真试验,提出了静电陀螺监控器海上动态条件下进行标定的方法和航行工况保障要求。实际结果证明,通过提高惯导系统初校精度、施放减摇鳍减小船摇、减少船舶机动、改变船舶航向进行标定参数解耦等方法对提高海上动态条件静电陀螺监控器标定效果行之有效,对提高航天测量船组合导航系统数据输出精度具有重要意义。