零速修正技术在车载惯性导航中的应用研究

针对车载惯性导航系统由于无外部信息长时间运动导致的误差积累的问题,提出一种运用动态零速修正技术来提高导航精度的方法。利用零速修正技术的约束条件,构造观测量;用基于普条件数可观测理论对系统各状态进行了可观测性分析,确定卡尔曼滤波器的滤波效果,并进行仿真实验对姿态角误差、速度误差进行了估计。实验表明,在惯性导航系统中,零速修正技术很大程度上提高了导航的位置、速度、姿态信息,有效地确保了车载导航的导航精度。     

激光陀螺捷联惯性导航系统IMU误差标定

针对激光陀螺捷联惯性导航系统惯性测量单元(IMU)误差标定对转台精度、基座对北和调平要求较高,以及系统工作时激光陀螺抖动、长时间工作温度升高、算法复杂等因素,提出了以速度为观测量,采用以最小二乘拟合法的系统级标定法。通过三轴转台多位置测量：静止 转动 静止,快速辨识三轴激光陀螺和三轴加速度计正交安装误差、传感器零偏、刻度因子等24个误差参数,整个标定过程时间约2 h,多位置对准航向、横滚、俯仰测试精度优于0.012°。实验表明,采用该方法算法简单,操作过程便捷,可以有效提高激光陀螺捷联惯性导航系统IMU精度。     

激光陀螺捷联惯导中陀螺比例因子误差补偿技术

为了提高激光陀螺捷联惯性导航系统的导航精度,对激光陀螺的原理进行了分析和说明,重点对影响陀螺比例因子误差因素进行分析,在此基础上建立了误差补偿的精确数学模型,并针对某型激光陀螺进行了误差分析。分析结果表明,惯导系统激光陀螺的比例因子与材料介质、温度、腔长等相关,除了采用稳频技术,还需要采用旋转调制技术提高测量数据精度。转台仿真和实际测试结果证明,该比例因子修正的方法方便、可靠,姿态精度可提高约8.7″,对提高惯导测量精度具有重要意义。     

捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差.该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础.基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果.仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿.将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度.     

灰色理论在加速度计安装误差标定中的应用

无陀螺捷联惯性导航系统克服了传统惯性导航系统的一些特点,为特殊环境下载体的导航提供了一个有效的导航手段。在无陀螺惯性导航系统中,加速度计的安装误差是系统的主要误差源,如何标定和补偿安装误差是取得高精度导航结果的前提。本文把灰色理论应用到加速度计安装误差的标定与补偿中,通过算例可以看出,通过灰色理论对加速度计安装误差补偿可以有效提高导航精度。     

捷联式天文惯性导航融合方法研究及仿真

针对传统的天文惯性组合定位定向法不能有效修正惯性导航系统传感器误差所造成的导航误差，研究了一种新的惯性天文融合方法。利用天文导航系统量测的姿态，根本上抑制陀螺漂移误差，进而提高系统的姿态、速度及定位精度。     

激光陀螺IMU的不水平指北标定方法

激光陀螺捷联惯组(SIMU)标定是惯性导航的前提,标定结果的好坏将对惯性导航精度产生直接的影响.根据激光惯性组合(IMU)的误差方程,在激光捷联惯性组合不水平指北情况下,通过12位置的标定方法,抵消地速及重力加速度的影响,从而得出加速度计的误差参数和激光陀螺的常值漂移;然后通过单轴转台,标定出陀螺的安装误差和标度因数.此方法可满足激光陀螺IMU的标定要求.本方案利用最少的测试位置,方法简单,得到了所有需要的信息,利用率高.     

机抖激光陀螺捷联惯导系统的温度补偿方法

分析了系统温度对机抖激光陀螺捷联惯性导航系统的影响因素,介绍了降低和补偿捷联系统温度误差的4种方法.通过重复性温度实验,利用逐步回归法分析了激光陀螺零偏与温度的关系:通过多项式拟合,分别得到了加速度计的零偏、标度因子和IF转换电路的温度补偿模型,并在捷联系统中得到应用.对其中的两种方法进行了实验研究和导航测试,并对两种方法的补偿效果进行了对比.结果表明:通过温度实验得到惯性器件的温度补偿模型对其温度误差进行实时补偿是捷联系统最理想的补偿方法.补偿后系统定位测试1 h的圆概率误差(CEP)优于0.3 n mile/h.达到国内先进水平.     

提高SINS/GNSS组合导航系统定位精度的方法研究

单纯依赖单一的导航手段难满足高精度的导航需求,因此,将捷联惯性导航系统(SINS)、全球卫星导航系统(GNSS)有效组合,实现优势互补。SINS/GNSS组合导航系统的数据处理一般采用卡尔曼滤波实现,当组合导航系统模型足够准确时,滤波性能较好,当导航系统模型存在误差或发生变化时,新的量测值对滤波估计值的修正作用下降,而旧的量测值的修正作用相对上升,从而导致滤波精度下降。针对上述问题,基于集中式卡尔曼滤波结构的SINS/GNSS组合导航系统,本文提出一种新方法,新方法在梯度方向上进行估计迭代,从而修正模型误差对滤波精度的影响,提高导航定位精度。实验结果表明,当导航系统模型和量测方程存在误差或发生变化时,新方法仍可以为导航系统提供有效的定位精度,满足高空长航时系统需求。     

激光陀螺捷联惯性导航系统的精密温控设计与验证

在激光陀螺捷联惯性导航系统的工作过程中，外界环境温度的变化会对系统内加速度计的测量精度产生干扰，进而影响导航精度。因此为了提高捷联惯性导航系统的导航精度，需要对其工作环境进行精密的温度控制。根据对捷联惯性导航系统中加速度计的热学分析，可以得知当温控精度达到 0.01 ℃时，加速度计的输出精度可以达到 1×10^-5 m/s² 。本文对加速度计的误差特性进行了理论分析，同时搭建了一套多级精密温度控制系统，通过理论分析与基于实际温控系统的实验，验证了温度控制的理论并且研究了其在不同工作环境下的工作性能。     

捷联式重力无源导航系统

为了满足水下运载体长航时、高精度、低成本的导航需要,提出由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统、计程仪、深度计、光纤陀螺捷联式重力仪和数字重力异常图组成的捷联式重力无源导航系统。运载体的位置由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统给出;光纤陀螺捷联式重力仪、计程仪和深度计组成水下捷联式重力测量系统,以激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统提供的位置信息、计程仪提供的速度信息和深度计提供的水深信息作为观测量,应用扩展卡尔曼滤波计算出东、北、天坐标系下加速度计比力值,使用低通滤波实时获得重力值和重力异常值。根据存贮在计算机中的数字重力异常图,运用相关极值法,计算得到运载体位置。2019年底,捷联式重力无源导航系统进行了长时间船载试验,对该系统试验数据进行了离线处理。试验结果表明,在匹配海域内,运载体位置误差小于1个重力异常图格网大小。     

长航时激光惯导定位误差的补偿方法研究

针对激光惯导长时间航行时定位误差发散的问题,提出了一种适用于激光惯导定位误差综合补偿的方法。引入经典的误差方程和旋转激光陀螺的误差方程,主要分析陀螺漂移对惯导系统的影响,根据分析结论,提出了基于外部位置和航向信息的长航时激光惯导定位误差的补偿方法。理论和实验分析表明,所提出的补偿方法明显的抑制了激光惯导的误差随时间的积累,可有效提高长航时激光惯导的定位精度。     

陆用组合导航中Janus配置的激光多普勒测速仪的标定方法

在陆用组合导航领域,激光多普勒测速仪作为速度传感器能够与捷联惯导系统组成组合导航系统。为了抑制车辆颠簸引起的倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,文中给出了基于Janus配置的分光再利用型激光多普勒测速仪。针对其与惯导系统组合导航过程中该配置结构测速仪的误差参数,文中首先推导了该测速仪的速度误差模型,在此基础上提出了差分GPS辅助的Kalman滤波标定法。实施了仿真及车载组合导航实验验证该方法的有效性。实验结果表明:文中提出的标定方法是有效的,误差参数补偿后的Janus配置激光多普勒测速仪能够大大提高组合导航定位精度。     

基于激光陀螺平台的船载姿态定位系统

为确保船载卫星接收机能够得到自身实时、准确的姿态信息,考虑到低成本的要求,采用微机电系统(MEMS)惯性器件设计接收机用姿态定位系统。利用船头部的高精度激光陀螺导航系统来组合尾部的MEMS惯导系统,对MEMS捷联惯导系统的误差进行了分析并建立组合导航系统的动态模型,利用Sage-Husa自适应滤波器对惯导系统的误差进行估计,对MEMS惯导系统的姿态解算结果予以修正,以解决MEMS惯导姿态精度低的问题,试验验证方案可行。     

一种基于双轴位置转台的现场标定方法

针对激光陀螺捷联惯性测量单元(LSIMU)的系数会随时间变化的问题,基于双轴位置转台提出一种激光陀螺的现场标定新方法。该方法在3个位置对激光陀螺进行标定,根据其标定模型建立9个方程,通过正反旋转消除地球自转角速度在非转动轴上的影响,以及常值漂移在各个输出轴上的影响,最后求解出激光陀螺的标度因数和安装误差。实验结果表明,该方法可在缺乏高精度速率转台的条件下完成激光陀螺的标定,其精度与传统实验方法精度相当,缩短了标定时间。     

激光陀螺捷联惯导系统多位置系统级标定方法

捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响,需在使用之前进行精确地标定和补偿。为了更加有效地标定误差,设计了一种10位置系统级标定的方法。利用简化的误差模型和速度误差变化率方程,建立了所有误差参数与导航误差之间的线性关系。通过设计的10位置连续旋转方案对由各项误差参数引起的速度误差进行充分激励,利用所得数据进行卡尔曼滤波,计算出包括陀螺仪和加速度计的零偏、标度因数误差、安装误差以及加速度计二次项误差等24个误差参数。仿真得到陀螺零偏误差优于0.000 75（）/h,加速度计零偏误差优于g,陀螺和加速度计的安装角误差优于1.5,标度因数误差优于2 ppm（1 ppm=10-6）系统,加速度计二次项误差优于0.1510-6 s2/m。另通过3组实验验证了重复性,证明了该方法确实有效。     

激光捷联惯导仿真系统的设计与实现

针对激光捷联惯性导航系统可靠性高,采用自然散热以及使用维护方便等优点,设计并实现了激光捷联惯导仿真系统。首先通过软件的动态协同算法,设计软件陀螺仪和软件加速度计,使其能够仿真真实激光陀螺仪和真实加速度计的姿态信息和线运动信息;然后仿真载体的飞行轨迹,并将飞行姿态及运动状态转换为软件陀螺仪和软件加速度计的输出;最后根据其输出信息与理想轨迹对应参数的对比进行性能分析。仿真结果表明,该系统不仅能够较好地模拟飞机的实际飞行状态,更能有效地检验激光捷联惯导算法的精确性和可靠性。