激光陀螺惯性测量单元系统级标定方法

传统的分立标定方法必须依靠高精度的转台提供姿态基准,不满足带减振器的惯性测量单元(IMU)和现场标定需求.首先建立了附加约束条件的陀螺和加速度计安装坐标系数学模型,根据陀螺和加速度计的输出误差方程,从惯性导航基本误差方程出发推导了惯性测量单元的系统级误差参数标定Kalman滤波模型,该模型包含了陀螺和加速度计零偏、比例因子、安装误差在内共21维标定误差状态变量,且仅以速度解算误差为观测量.依据所建立的模型和设计的标定路径对此系统级标定方法进行了仿真,仿真结果表明,陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.005°/h和0.005 mg,安装误差估计精度优于1″,比例因子误差优于1ppm,满足高精度惯导系统的标定需求.     

一种新的激光陀螺惯性测量组合标定方法

根据激光陀螺和石英加速度计的简化输出模型，推导并提出了一种新的激光陀螺惯性测量组合标定方法。该方法首先建立了一个与转台无关的机体坐标系，然后利用惯性测量组合绕6个不共面轴转动的输出值求解出激光陀螺的比例因子和安装方位；与此同时，根据6个转轴在竖直向上和竖直向下位置时的惯性测量组合输出值来确定加速度计在同一机体坐标系下的比例因子、安装方位和漂移。理论分析表明，与传统的标定方法不同，新方法对激光陀螺的标定结果受转台精度的影响较小，可以克服减震装置变形对激光陀螺标定的影响，从而实现中等精唐转合对惯性测量组合的高精唐标定。     

激光陀螺惯组系统级标定方法

针对激光陀螺惯性测量组件在传统的分立式标定中受橡胶减震器影响的问题,从系统的角度对激光陀螺惯性测量组件的标度因数误差、安装误差传播规律进行分析。通过分别绕三只陀螺敏感轴转动激发激光陀螺的标度因数误差、安装误差,通过三只加速度计敏感轴分别指天激发加速度计的标度因数误差、安装误差和零位,从而完成激光陀螺惯性测量组件的系统级标定。在未进行温控及温补的情况下,陀螺仪标度因数误差重复性在3.5×10~(-6)以内,安装误差重复性在3″以内,加速度计标度因数误差和零位在其性能指标内,安装误差在4.5″以内。试验结果表明,该方法满足高精度、长期稳定性好的惯导系统工程应用要求。     

激光陀螺捷联惯性组合的全温度标定方法

给出了激光陀螺捷联惯性组合(IMU)的误差模型，研究了一种利用双轴带温控箱速率转台的参数标定方法，标定出了IMU在各种环境温度下的模型参数，通过温度补偿有效地减小了IMU的导航误差。试验结果表明。该方法标定精度较高，适用于中等精度IMU的参数标定。     

光纤陀螺IMU全温三方位速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法

针对光纤陀螺惯性测量单元全温动态环境下测量误差问题,提出一种全温三方位正反速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法,建立了光纤陀螺惯性测量单元误差模型,在每个恒温点设计三方位正反速率/一位置标定方案。采用分段线性插值算法实时补偿系统零偏和标度因数温度误差,系统全温环境下的测量精度提高5倍左右。车载实验结果表明,采用该方法后系统4200 s纯惯性姿态测量误差小于1°。     

光纤陀螺惯性测量单元的设计与实现

本文介绍采用全数字闭环光纤陀螺组成的惯性测量单元的实现方法,采用DSP作为中央处理单元,完成三轴组合的时序控制、数字解调、滤波算法、波形合成及数据传输,并对三轴陀螺进行了全面的性能测试,测试结果表明惯性测量单元中每个陀螺零漂均小于0.5°/h,标度因数线性度＜200 ppm,达到了预期的设计要求.     

捷联惯性测量组合标定的仿真研究

本对卡尔曼滤波在捷联惯性测量组合标定中的应用进行了研究,提出了一种辨识激光陀螺和加速度计静态误差的在线正交标定方案,并在不同滤波条件下了仿真验证,结果表明这是一种比较有效的误差标定方法。     

MEMS-IMU构型设计及惯性器件安装误差标定方法

提出一种由三只单轴MEMS陀螺仪和三只单芯片双轴6个加速度计构成的MEMS-IMU配置方案。针对该方案的特点,研究了基于重力参考矢量对MEMS惯性器件安装误差的标定方法。该方法的关键是利用同一安装平面内的两个加速度计测量矢量的叉乘矢量的方向代替MEMS陀螺敏感轴方向,利用两轴或三轴角位置转台标定MEMS-IMU中惯性器件的安装误差。分析了标定矩阵的求逆条件数,提出了3位置和6位置的标定,指出了多位置标定中转台姿态角度的选择范围。新型MEMS-IMU配置方案及安装误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件安装误差的标定与补偿问题。     

半球谐振陀螺星载惯性测量单元设计与实现

半球谐振陀螺是一种新型固体振动陀螺,具备功耗低、寿命长、稳定性高等特点,可完美适应卫星的姿态控制。针对微小卫星应用需求,利用半球谐振陀螺构建了星载惯性测量单元。首先,通过测量单元硬件结构设计,对其内部空间进行优化,并通过力学特性及力学试验仿真分析,验证其机械可靠性。其次,针对微小卫星应用环境优化半球谐振陀螺电路设计,提高惯性测量单元可靠性。最后,力学环境试验结果表明,三轴半球谐振陀螺的零偏稳定性均优于0.1°/h,敏感器件满足标度因数非线性度≤500ppm和零偏稳定性≤0.1°/h(1σ)的要求,实现了满足微小卫星应用需求的低成本、小体积、高可靠的半球谐振陀螺星载惯性测量单元。     

激光陀螺POS惯性数据滤波及时延补偿

激光陀螺作为位置姿态测量系统(POS)的核心传感器,其精度直接决定激光陀螺POS系统精度,围绕机抖激光陀螺信号去噪的需求,基于FIR滤波器建模的方法,设计了FIR数字低通滤波器;针对滤波器导致的信号延迟问题,根据FIR数字滤波器群延迟特性建模,提出了激光陀螺POS数据时延补偿方法。静态实验结果表明,设计的FIR数字低通滤波器降低了激光陀螺抖动噪声功率达80dB。进一步通过飞行实验表明,提出的方法降低了激光陀螺POS系统姿态角误差,与POS/AV510相比航向角误差由0.017°降低到0.01°,俯仰角误差由0.007°降低到0.005°,横滚角误差由0.016°降低到0.005°,满足了机载InSAR对激光陀螺POS精度要求。     

激光陀螺旋转惯导系统IMU的磁屏蔽设计及优化分析

为了提高激光陀螺旋转惯导系统的环境适应性,需要对惯性测量单元(IMU)进行磁屏蔽设计。对IMU的磁屏蔽效率进行了理论计算和有限元仿真,对磁屏蔽材料的厚度、接缝宽度及接缝处贴片的大小等参数进行了仿真分析。利用赫姆霍兹线圈对IMU进行了磁敏感性测试,实验结果表明:设计的IMU磁屏蔽结构的屏蔽效率在23～30 dB范围内,磁场引起的三个激光陀螺漂移小于0.002°/h/mT,满足高精度单轴旋转惯导系统的实用要求。该方法对旋转惯导系统的结构设计及磁屏蔽设计具有一定的参考意义。     

低成本IMU的多位置旋转现场标定方法

针对低成本IMU的系统误差难以现场快速标定问题,提出了一种无需任何外部设备辅助的多位置旋转现场标定方法。该方法通过比力加速度与重力建立加速度计的误差模型,基于动态旋转以及标定后的加速度建立导航方程实现陀螺仪误差建模,使用改进的LM算法,实现低成本IMU误差参数的快速标定。实验结果表明:该方法可以有效地标定出加速度计和陀螺仪的安装误差、缩放因子和零偏误差,极大地简化了标定的过程,标定补偿后的IMU原始数据质量大幅提高,在100 s的静态导航试验中,x、y、z的定位精度分别从2541.547m、895.191m、7267.507m提升至80.229m、41.430m、99.832m。     

双轴旋转惯导系统转轴倾角在线标定方法

舰船对惯导系统的姿态精度要求较高,其中转轴倾角是影响双轴旋转调制惯导系统姿态精度的主要因素之一。目前标定转轴倾角的方法多为在实验室内静态标定,船舶系泊状态下在线标定方法是必需要解决的实际应用问题。针对系泊状态下转轴倾角的在线标定问题,首先推导了转轴倾角对姿态波动影响的数学模型,然后在有参考系统提供准确姿态的条件下,以待补偿系统与参考系统的姿态差作为观测量,建立了转轴倾角标定的状态方程和量测方程,同时应用FIR低通滤波器消除系泊状态下时间同步误差的影响。半实物仿真实验结果表明,系泊状态下转轴倾角标定精度与静态下相当,所提出的方法可以提高双轴旋转惯导系统的可维护性。     

一种高精度捷联惯组方位引出方法

设计了捷联惯组方位基准镜安装误差的标定方法,实现了高精度的方位引出。首先,把捷联惯组固定在标准六面体内,在高精度转台上进行捷联惯组的参数标定,使捷联惯组导航坐标系与标准六面体一致;然后,在有L形靠面的水平大理石平板上,借助实验室内高精度的北向方位基准,使用经纬仪对平面镜与标准六面体之间的安装误差进行标定。通过坐标系间姿态矩阵转换,修正安装误差后,平面镜成为方位基准镜,从而实现捷联惯组的方位角引出,其均方误差不大于3″。     

低成本车载MEMS惯导导航定位方法

当GPS卫星信号受到遮挡,车载GPS无定位输出时,通过低成本MEMS惯导进行定位是车辆导航的一种弥补方法。然而低成本MEMS惯导测量误差大,定位误差会快速累积。针对此问题,研究了一种应用于MEMS惯导导航定位的Kalman滤波算法。通过分析车辆的运动特性,在已有的研究基础上,提出了向心加速度差值误差这一新型观测量,并推导了误差状态系统模型的状态转移矩阵和观测矩阵。200 s时长的实车实验表明,单纯MEMS惯导定位的误差率是75.27%,而所述新方法的定位误差率是3.86%,定位精度有了大幅度提高,取得了良好的效果。     

捷联惯性组合误差模型相关性分析方法

在实际应用中通过捷联惯性组合误差模型可以将测量值转换成载体导航解算的需要量,而误差模型中的误差系数一般通过标定试验获得。以往认为误差模型中各误差系数相互独立,但通过实际计算可以发现并非如此。为了考量各系数相关性关系,提出了一种相关性分析方法。首先,提出了捷联惯组加速度计输出方程。之后,运用统计学的相关方法计算出了各系数的相关系数和协方差矩阵,并推导出了测量值和误差系数的分布特性之间的关系。最后,通过加速度计组合的实际测试,分别计算了不包含和包含拟合残差的统计数值。通过与输出值进行比对,验证了相关性分析方法的正确性,并表明拟合残差对于统计特性的计算具有重要作用。     

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。