圆锥误差补偿算法在三轴激光捷联惯导系统中的应用

圆锥误差是影响捷联惯导系统姿态算法精度的原理性误差,其对三轴激光捷联惯导系统精度的影响显著.对三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统,除了弹体运动可能引入圆锥运动外,三轴机抖激光陀螺产生的机械抖动也会在惯导系统中引入圆锥运动.文中分析了两种圆锥运动在三轴激光捷联惯导系统中产生的机理,并给出了圆锥误差补偿算法在不同试验条件下的应用效果.     

激光陀螺捷联惯导系统误差补偿技术

结合工程实际应用,充分考虑激光陀螺捷联惯导系统的特性,重点分析了三种与系统动态运动相关的误差,包括尺寸效应误差、圆锥误差以及划船误差。从工程应用的角度出发,分别推导了尺寸效应误差补偿算法、圆锥误差补偿递推算法和划船误差补偿递推算法,并进行了大量的试验,对补偿效果进行了充分地验证。实验结果表明,补偿算法不增加导航计算机的负担,保证了系统在高动态条件下的精度,可以充分发挥激光陀螺的优势,提高激光陀螺捷联惯导系统的导航精度。     

考虑机抖激光陀螺信号滤波特性的圆锥算法修正

捷联惯导系统一般用圆锥算法来补偿其圆锥运动漂移,标准的圆锥算法是以理想的陀螺信号为输入设计的,而机抖激光陀螺常用数字低通滤波器来滤除抖动偏频信号,由于滤波器的非理想性,滤波后信号的幅频特性发生畸变,引入了较大的圆锥算法误差。参考标准圆锥算法误差公式,用相对圆锥误差分析方法比较研究了算法的误差变化特性,证明误差大小与滤波器通带特性有关。基于经典圆锥运动,推导了数据滤波后修正的圆锥算法公式。修正算法考虑了滤波器幅频特性的影响,补偿了滤波器引入的圆锥算法误差。仿真表明:修正算法在保证滤波器较小延时的同时,能明显减小算法精度损失,提高姿态算法整体精度水平。     

捷联惯性导航系统的姿态算法优化设计

在圆锥运动条件下,具有相同时间间隔的两个角增量的叉乘对圆锥补偿的贡献相等.本文根据这一特点,设计了一种捷联惯导系统姿态算法,在圆锥补偿获得相同精度的情况下,它的计算量较少.同时,利用此特点,推导出利用前一圆锥补偿周期的角增量进行圆锥补偿的算法,提高了补偿精度.本文给出了仿真实验结果.本文为研制激光陀螺捷联惯导系统提供了一种高精度算法.     

结构参数对捷联惯导系统静态圆锥运动的影响

以采用整体隔振措施的配重式三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,利用数值仿真方法,重点讨论了惯导系统的静不平衡、动不平衡、转动惯量以及隔振器刚度和阻尼对静态环境条件下由于陀螺抖动机构的不平衡引起的圆锥运动（细分为三类）的影响规律。研究认为,惯导系统的静平衡性和动平衡性只影响第三类圆锥运动,对一二类圆锥运动的影响甚微;惯导系统转动惯量的增大将会使圆锥运动减小;系统隔振频率越靠近陀螺抖动频率,圆锥运动越强烈;系统隔振器阻尼对圆锥运动的影响较小。研究成果可为机抖激光捷联惯导系统的结构设计及圆锥误差的事前控制提供理论指导。     

机抖激光捷联惯导系统静态圆锥运动形成机理

以三轴机械抖动激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,利用数值仿真方法,详细讨论了静态环境条件下圆锥运动的形成机理以及机械抖动激光陀螺的惯性参数对惯导系统圆锥运动的影响规律。研究认为,在静态环境条件下,惯导系统的质量分布特性不是产生圆锥运动的原因;惯导系统在静态环境条件下出现的圆锥运动是由于机械抖动陀螺抖动机构的三类不平衡——静不平衡、动不平衡和配不平衡造成的。     

速率偏频激光陀螺系统速度数值积分算法误差分析与优化(英文)

用时域泰勒级数展开的方法分析了速率偏频激光陀螺惯导系统常用速度数值积分算法的误差。分析显示速率偏频陀螺本身的高速旋转使惯性导航系统时刻处于大角运动条件下。若其旋转轴与比力方向不平行,则常用速度算法的误差不可忽略。提出了速率偏频激光陀螺惯导系统速度算法的优化改进方法。对常用速度算法和提出的算法进行了仿真比较。仿真显示,用泰勒级数展开分析速度数值积分算法误差是可行的;提出的算法能够将速率偏频激光陀螺惯导系统以及其他惯性导航系统在大机动运动环境下的导航精度提高一阶。     

一种适用于低机动性载体的圆锥算法

不同的圆锥算法,其误差的补偿精度各不相同,而补偿精度又影响最终的姿态解算精度,因此研究高补偿精度的圆锥算法非常重要.对捷联惯导系统提出了利用前两个计算周期陀螺输出的角增量信息和当前陀螺采样值的圆锥误差补偿算法,并对新算法中的单子样和双子样算法进行了分析.结果表明,在圆锥运动为低频率的条件下,提出的双子样算法的补偿精度相比传统的优化三子样算法可以提高2个数量级.对于舰艇、轮船等低机动性的载体,由于其圆锥运动处于低频率,可以利用该算法进行姿态更新解算.     

基于格网系的双航海惯导定位信息融合

在双轴、单轴旋转调制激光陀螺航海惯导备份配置中,主惯导双轴旋转调制航海惯导故障情况下,针对备份系统单轴旋转调制航海惯导定位精度受方位陀螺常值漂移影响的问题,提出了双航海惯导定位信息融合方法。在格网系下设计了两套系统的联合误差状态Kalman滤波器,以系统间位置参数的差异为观测量,对惯性器件的确定性误差进行估计;建立了定位误差预测模型,对单轴旋转调制航海惯导的确定性定位误差进行预测补偿;通过滤波器、预测模型在地理系与格网系间的相互转换,实现了定位信息融合算法的全球适应性。最后通过仿真、实际系统实验进行了验证,结果表明:对单轴旋转调制航海惯导的定位误差预测补偿后,与补偿前相比其定位误差减小了30%,进而保证了主惯导双轴旋转调制航海惯导发生故障情况下系统的定位精度。     

激光捷联系统中的优化圆锥误差补偿算法

激光捷联系统中采用低通滤波器消除激光陀螺角增量输出中机械抖动引入的干扰信号,同时也对陀螺敏感的外界惯性输入角速度信号进行了频率整形,产生了视在圆锥误差,此时传统圆锥补偿算法未考虑滤波器影响补偿精度严重降低.针对本系统采用了31阶低通滤波器对陀螺的角增量输出整形,分析了其引入的视在圆锥误差,基于滤波器的频率特性,采用五子样圆锥误差补偿算法,即在旋转矢量更新周期内有五个陀螺采样信号,可以构成四种不同时间间隔的陀螺输出角增量信号的叉积,利用这些叉积的线性组合更新旋转矢量.仿真结果表明,对经过滤波器整形的陀螺输出角增量进行补偿,优化的圆锥补偿算法的补偿精度明显优于传统圆锥补偿算法,使系统姿态角的精度提高了两个数量级.     

机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差参数估计与补偿

针对振动环境下机抖激光陀螺敏感轴产生动态偏移造成惯导系统精度下降的问题,从理论上推导了机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型,并结合工程实际建立了简化的误差模型;在此简化误差模型基础上,推导了陀螺敏感轴动态偏移造成的等效陀螺漂移与比力、角速度的耦合关系;将机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差归结为9个待辨识参数,针对该模型中的待辨识参数设计了标定方法,并给出了标定实验设计原则;以姿态误差为观测量进行振动实验对待辨识参数进行估计,振动实验结果表明,在10 min线振动时间内,机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差补偿后,捷联惯导系统纯惯导速度误差减小30%以上。     

考虑信号处理特性的划摇算法优化

捷联惯导系统一般用划摇算法来补偿其速度漂移,标准的划摇算法是以理想的陀螺和加表信号为输入设计的,而实际中常用数字滤波器处理激光陀螺和加表信号,由于滤波器的非理想性,滤波后信号的幅频特性发生畸变,引入了较大的划摇算法误差。参考标准划摇算法误差公式,用相对划摇误差分析方法比较研究了算法的误差变化特性,证明误差大小与滤波器通带特性有关。基于经典划摇运动,推导了数据滤波后优化的划摇算法公式。修正算法考虑了滤波器幅频特性的影响,补偿了滤波器引入的划摇算法误差。仿真表明:优化算法在保证滤波器较小延时的同时,能明显减小算法精度损失,提高导航算法整体精度水平。     

捷联惯导系统尺寸效应误差及其补偿算法

在捷联惯导系统中,陀螺和加速度计直接感测载体的角运动、线运动和干扰运动,由于载体角运动的影响,当三个加速度计测量质心与载体质心不重合时,将引起加速度计的测量误差(即尺寸效应误差)。对于中高精度的捷联惯导系统,当载体处于高动态情况下,尺寸效应误差已不能忽略,需要对其进行误差补偿。首先对加速度计组件在一般安装关系下的尺寸效应误差模型进行推导,然后提出一种新的利用陀螺输出角度增量信息和尺寸效应参数来计算加速度计尺寸效应误差的积分表达式,将其从加速度计输出速度增量中去除,即可完成尺寸效应误差补偿。最后通过仿真证明,新补偿算法产生的导航系统定位误差的舒拉周期振荡幅值明显减小,定位精度比补偿前提高了5-6倍左右。     

双惯导联合旋转调制光纤陀螺标度因数误差自校正方法

旋转调制光纤陀螺航海惯导系统中,光纤陀螺标度因数误差会与地球自转角速度耦合产生等效的天向和北向陀螺漂移误差,也会与船体摇摆角速度以及惯性测量单元旋转调制角速度耦合产生短时动态误差,限制了长航时航海惯性导航精度。通过使用两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统进行联合旋转调制,提出一种光纤陀螺标度因数误差在线估计与自校正方法。根据两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统的水平旋转轴空间夹角关系建立观测方程,实现在线估计滤波。半实物仿真结果表明,自主导航过程中光纤陀螺标度因数误差在线估计精度优于1 ppm,利用输出校正方式在线补偿光纤陀螺标度因数误差导致的惯导定位误差,有效抑制了两套三轴旋转调制光纤陀螺航海惯导系统定位误差的增长。实际转台模拟实验中,两套三轴旋转调制光纤陀螺惯导系统300 h纯惯性导航整体定位最大误差分别减小25%和40%。算法采用地心地固坐标系,因此也适用于极区导航情况。     

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。     

一种对固定频率运动优化的圆锥算法

经典圆锥算法的精度具有随着圆锥运动频率降低而提高的单调特性.在实际应用环境中,捷联惯导系统的运动可能主要处于某个固定的频率范围内,系统的圆锥误差主要由此频率范围内的角运动产生.基于经典圆锥算法设计公式,修改了算法误差设计原则,补充了两条不同的基于固定频率的算法优化原则,从而设计得到了一种新的优化的圆锥补偿算法.优化算法误差特性不再单调,而是在设定的频带内具有误差极小点,因此可有效提高捷联系统的姿态解算精度.优化算法不改变经典圆锥算法的结构形式,不增加算法实现难度.误差分析和姿态仿真表明,在经典圆锥运动下,优化算法能有效改善捷联系统在任意设定频率处的姿态解算精度一到两个量级.     

李萨如图在捷联惯导系统圆锥误差估计中的应用

分析了激光陀螺捷联惯导系统产生圆锥运动的原因，给出了估计圆锥误差的一般方法，并在此基础上给出了一种简单、实用的方法-李萨如图法，后比前更加接近工程应用。最后给出了验证试验结果。     

单轴旋转捷联惯导系统圆锥误差分析与仿真

刚体的有限转动存在不可交换性,导致捷联惯导(SINS)在圆锥运动环境下进行导航解算时会产生圆锥误差.由于单轴旋转调制惯导(RINS)和纯捷联惯导(SINS)在圆锥环境下的运动模型不同,因此圆锥误差及其补偿效果也会发生相应改变.首先构建了单轴RINS在圆锥运动下的数学模型,其次分析了基于角速率的多子样旋转矢量算法下的不可...     

13加速度计捷联惯导姿态解算方法(英文)

为了减小全加速度计捷联惯导(亦称无陀螺惯导)角速度重构误差以提高姿态解算精度,提出了一种13加速度计无陀螺惯导配置方案。针对合理设计的13加速度计捷联惯导能同时提供角速度和角加速度信息的特点,提出了一种基于角速度/角加速度信息的捷联姿态算法,采用艾尔米特插值方法进行离散角速度插值重构,利用重构后的角速度信息进行姿态矩阵求解。分析了新姿态算法的基本步骤,并进行了典型圆锥运动仿真实验。结果表明,采用新方法求解姿态矩阵的精度提高40%以上。不同于传统姿态算法仅利用角速度信息,新的姿态算法利用更多的信息,能获得更好的精度。     

基于PSO-BP 神经网络的激光陀螺温度补偿方法

激光捷联惯导系统上电启动时,陀螺受温度影响其零偏会经历快速变化到逐渐稳定的过程,影响惯导系统应用精度。因此,提出了一种基于粒子群-反向传播神经网络（PSO-BP）的激光陀螺温度补偿方法,利用粒子群算法寻找神经网络模型的最优权值与阈值,以温度和温度梯度作为自变量,建立陀螺零偏输出的补偿模型。激光惯导系统工作温度范围内的温度试验结果表明：与传统反向传播神经网络算法相比,所提出的PSO-BP神经网络模型的速度提高了4倍,模型拟合精度更高,且避免了反向传播算法易陷入局部最优解的问题。经过粒子群-反向传播算法补偿后,陀螺零偏稳定性相比温补前提高了60%,进一步验证了模型的有效性。