捷联惯性导航系统动静态误差特性分析研究

捷联惯性导航系统动静态误差特性是基于惯性的组合导航系统的主要误差来源。为此,根据捷联惯性导航系统的误差状态方程,本文分析了不同动静态情况下的捷联惯导系统的误差漂移特性。针对静基座和动基座的不同特点,分别采用了特征根和基于数值仿真分析的方法,并建立了相应的误差特性分析模型。重点研究了陀螺常值漂移、加速度计零位偏置和随机性误差对惯性导航系统误差漂移特性的影响;全面分析验证了惯性导航系统的动静态误差特性。本文的研究工作将为惯性组合导航系统误差分析建模提供了有益的参考。     

惯组中光纤陀螺温度漂移的二维插值建模研究

光纤陀螺对温度较为敏感,输出受温度及温度变化率影响严重,在实际工作中需要对温度漂移误差进行建模补偿。传统多项式拟合方法如最小二乘法,无法很好地满足精度要求。因此,首先对光纤陀螺工作原理与温度漂移误差产生原理进行分析,得出光纤陀螺温度漂移误差特性。利用传统多项式模型对不同温度下启动的光纤陀螺进行建模补偿,得到补偿后的精度并不理想。利用新的二维插值模型对上述试验重新进行建模补偿,结果表明二维插值模型明显优于多项式模型,光纤陀螺的零偏稳定性由补偿前的0.0153(°)/h提高到0.0051(°)/h,有利于工程上应用。     

多余度飞控计算机系统分级组合可靠性建模方法

系统可靠性是决定飞机飞控计算机系统(FCCS)体系结构选型的重要依据,可靠性建模技术(SRMT)是定量评价系统可靠性的关键。目前有可靠性框图(RBD)、故障树分析(FTA)、Markov随机过程和Petri网等多种系统可靠性建模方法,由于求解的途径不同,各种方法都具有优缺点。文章综合静态和动态系统可靠性建模方法特点,提出一种分类划分和分级组合的系统可靠性建模(HCRM)方法,并用该方法对Boe-ing777飞机非相似余度FCCS进行了可靠性建模。与传统方法比较,该方法将基于状态的可靠性建模方法和非状态可靠性建模方法进行组合,并基于系统静态和动态特性分级建模和求解,在一定程度上化解了复杂系统可靠性建模的复杂度和求解难度,使系统可靠性模型更加精细和符合实际系统。     

基于小波神经网络的陀螺漂移预测研究

实时识别陀螺漂移,并且预测漂移性能的变化趋势,对提高整个导航系统的精度有着十分重要的意义。本文结合小波分析理论和小波神经网络的非线性预测算法,对陀螺信号进行趋势提取与漂移预测。采用小波神经网络避免了其它神经网络存在的局部最小化的缺陷,小波分析的引入可以有效提取出原信号的趋势,大大降低了环境因素的影响。将小波神经网络非线性预测算法与小波趋势提取算法结合,建立陀螺仪漂移趋势的预测模型,对某光纤陀螺实测信号仿真预测其漂移趋势,仿真结果证实该预测模型与实际情况相符,具有较好的预测精度,为预测一般陀螺的随机漂移提供了一种新的有效途径,同时还对一般陀螺仪表的漂移模型建立方法提供借鉴。     

基于多参量模型的光纤陀螺温度误差补偿

温度漂移误差是制约光纤陀螺精度的重要因素之一。针对传统光纤陀螺温度补偿方法仅对温度项建模导致补偿精度差的问题,提出了一种新型多参量模型来补偿光纤陀螺温度误差的方法。通过对陀螺零漂误差和温度各相关项进行相关性分析,将温度和温度速率的乘积项及温度梯度滞后项引入到温度漂移误差模型中,建立了多参量分段补偿模型对零偏进行补偿,显著改善了光纤陀螺的零偏稳定性。使用实测光纤陀螺数据对提出的补偿方法进行实验验证,结果表明采用该方法补偿后,零偏误差平方和降低2个数量级,陀螺漂移均值、方差稳定在零点附近,补偿效果优于温度项分段拟合方法,与非线性模型预测效果相当。     

多退化变量下基于Copula函数的陀螺仪剩余寿命预测方法

针对惯性导航系统中陀螺仪多退化变量条件下的剩余寿命（RUL）预测问题,提出了一种基于Copula函数的多退化变量剩余寿命预测方法。首先,针对退化变量间不同的退化轨迹,采用不同的方法进行退化建模,并对于陀螺漂移系数样本标准差数据波动性随时间递增的特性,提出了一种方差时变的正态随机过程退化建模方法,得到了陀螺仪剩余寿命的边缘分布函数。然后,通过Copula函数来描述退化变量之间的相关性,将得到的剩余寿命的边缘分布进行融合,得到了陀螺仪剩余寿命的联合分布函数。最后,通过陀螺仪实例分析验证了方法的适用性和可行性。     

半球谐振陀螺零偏数据建模方法的研究

讨论了数据建模的一般方法,并应用这种方法,在国内首次对自行研制的 半球谐振陀螺零偏稳定性数据建立了模型,为进一步的陀螺漂移补偿奠定了基础。     

民用飞机气动力模型建模方法研究

对民机常用的两种气动力建模方法——全机建模法和分部件组合建模法进行了研究,并对两者的优缺点进行了对比分析,进而对两类方法在大型客机气动力建模中的综合运用提出了建议。     

干涉型光纤陀螺温度漂移建模与实时补偿

 分析了干涉型光纤陀螺(IFOG)温度漂移的影响因素，通过建立温度与陀螺模型参数之间的线性相关关系，推导出了光纤陀螺温度漂移的分布模型。为了提高陀螺温度漂移模型的适应性，设计了0.25,0.75,1.00 ℃/min三种变温速率的温度试验，并利用小波变换的方法分离数据中的噪声和趋势项。基于温度漂移的分布模型和最小二乘误差（LSE）准则，建立了多参量联合线性模型来估计陀螺温度漂移。采用升温过程和降温过程分段建模的方法将多参量联合线性模型算法进行了简化，并在现场可编程逻辑阵列（FPGA）中分时复用一个全串行有限冲激响应（FIR）滤波器实现了陀螺温度漂移的实时估计。仿真的温度补偿结果及实时的温度补偿结果显示，该方法可以使陀螺温度漂移减小到1/10~2/10。     

惯性平台系统石英加速度计温度建模补偿技术

惯性平台系统中的石英加速度计输出随温度变化显著,其温度漂移特性会影响惯性平台系统自对准的精度水平.为实现惯性平台系统在内部温度场变化时的快速高精度自对准,开展了惯性平台系统石英加速度计温度建模补偿技术研究.惯性平台系统上电后内部温度场变化显著,而石英加速度计作为关键惯性仪表,其温度漂移直接影响惯性平台系统的自对准精度.针对石英加速度计温度漂移特性进行温度建模补偿,通过多项式样条函数回归方法辨识出石英加速度计温度模型参数,温度补偿后在惯性平台通电升温过程中进行自对准验证.验证结果表明,对惯性平台系统石英加速度计进行温度建模补偿,可以满足惯性平台系统在最短通电时间内完成高精度自对准的使用要求.     

一种MEMS陀螺仪零偏建模与估计方法

针对MEMS陀螺仪零偏随时间变化的问题,提出了一种MEMS陀螺仪的零偏建模与估计方法.通过分析静态条件下陀螺仪零偏变化的影响因素,建立了陀螺仪零偏和温度之间的差分方程模型.采用系统辨识的方法,给出了系统模型的参数辨识流程.基于最小二乘法,实现了模型参数的辨识.设计了测试验证试验,基于陀螺仪的零偏样本特性建立了三阶差分方程,并进行了参数辨识和模型验证,结果表明该模型可以有效地估计陀螺仪的零偏.     

MEMS陀螺仪的高精度标定方法

为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度，研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案，分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源，利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差，并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明，该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差，提高了陀螺仪的测量精度，且易于工程实现。     

旋转调制式惯性平台的圆锥运动误差

转调制式空间稳定平台采用陀螺壳体翻滚技术,陀螺壳体翻滚在平台伺服跟踪作用下将形成圆锥运动。圆锥运动误差会引起陀螺漂移,对高精度、长航时惯性导航系统的精度将造成严重影响。首先,介绍了高精度、长航时旋转调制式惯性平台的基本工作原理,推导了平台上的陀螺沿旋转主轴相对地球的角速度。其次,阐述了陀螺壳体翻滚的圆锥运动,推导了壳体翻滚装置和框架伺服系统的跟踪误差及牵连运动角速度引起的圆锥运动附加漂移误差公式。再次,根据数值举例给出了计算机仿真曲线,指出该误差对高精度系统的危害。最后,得出结论：为了实现圆锥运动误差极小化,确保系统长时间运行精度和可靠性,必须实时扣除牵连运动角速度引起的圆锥运动误差分量,并优化设计壳体翻滚装置与平台伺服系统。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

基于星光导航分离陀螺仪漂移误差方法研究

星光/惯性组合制导方式集中了两种方式的优点,可在导弹飞出大气层后通过对导航星的观测校正陀螺仪误差系数。在研究了星光导航的特点和陀螺仪误差特性的基础上,提出了通过旋转弹体观测特定位置的导航星,利用星光导航系统分离陀螺仪漂移误差系数的方法。结果表明:利用导航恒星高精度基准可以分离陀螺仪漂移误差系数,准确地确定陀螺仪漂移误差模型,对于提高导弹的精度具有重要意义。     

Standing wave drift of hemispherical resonator with quality factor non-uniformity under a ring electrode excitation

Hemispherical Resonator Gyroscope(HRG) is a classical high precision Coriolis Vibration Gyroscope(CVG), which performs attitude estimation of carrier by detecting the precession of standing wave of resonator, thus, the drift of standing wave of resonator has a great influence on the output accuracy of gyroscope, where the quality factor nonuniformity of resonator is one of main error sources. Ring electrode is a classical excitation structure of HRG because the standing wave can precess freely u...     

星敏感器低频误差与陀螺漂移离线校正方法

获取高精度事后姿态数据是提高遥感平台成像质量的必要条件之一,离线处理可有效降低敏感器测量误差,从而获得更高的姿态确定精度。基于滤波的校正方法中,星敏感器低频误差(LFE)与陀螺漂移将产生耦合影响导致校正精度低,本文针对该问题推导了耦合误差的数学模型,并设计了一种两步双向平滑事后处理算法,将陀螺漂移与低频误差分两步校正,通过反复滤波剥离陀螺漂移与低频误差。同时,针对低频误差参数收敛速度慢、噪声参数调节困难的问题,利用一种基于极大似然估计(MLE)的固定窗口自适应双向滤波算法进行处理以获得更好的噪声估计,提高了收敛速度和收敛精度。文中仿真工况下,离线姿态确定精度可达到0.8″(3σ),低频误差参数完全收敛时间不超过4个轨道周期。     

Autonomous Upgrading of Inertial Navigation Systems

The performance of substandard inertial platform gyros can be improved through the sampled supervision of their operation by a higher grade gyroscope mounted directly on the platform. The relative drift rates of the susbstandard platform gyros are estimated on a cyclical basis. This paper describes techniques for estimating the drift rates. It deals with the method of applying these estimated values in the form of platform correction signals.     

Surface Roughness Effects on Vortex Torque of Air Supported Gyroscope

In order to improve the drift precision of air supported gyroscope, effects of surface roughness magnitude and direction on vortex torque of air supported gyroscope are studied. Based on Christensen’s rough surface stochastic model and consistency transformation method, Reynolds equation of air supported gyroscope containing surface roughness information is established. Also effects of mathematical models of main machining errors on vortex torque are established. By using finite element method, the Reynolds equation is solved numerically and the vortex torque in the presence of machining errors and surface roughness is calculated. The results show that surface roughness of slit has a significant effect on vortex torque. Transverse surface roughness makes vortex torque greater, while longitudinal surface roughness makes vortex torque smaller. The maximal difference approaches 11.4% during the range analyzed in this article. However surface roughness of journal influences vortex torque insignificantly. The research is of great significance for designing and manufacturing air supported gyroscope and predicting its performance.     

光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。