捷联惯导动态角精度实时测试评定技术

针对验收和使用捷联惯导过程中对其姿态角、姿态角速度精确动态测试及性能评估的需求,设计了角度和角速度精度评估模型,利用高精度三轴转台、电子水平仪和高精度陀螺寻北仪等标准设备构建了检测评估系统。该系统可自动操控转台为被测捷联惯导提供动态角度和角速度激励,模拟摇摆、加速、减速、静态、匀速多种工况,并实时采集转台和捷联惯导的姿态角和姿态角速度输出偏差,实现了对动态角精度进行实时评估。通过检测OCTANS角精度实验,证明了该方法实时有效,动态激励全面,检测精度高,为捷联惯导动态角精度的评估提供了工程实用的新途径。     

考虑转台定位误差时的快速自对准方法研究

捷联惯导初始对准精度直接影响到惯导系统的工作精度,传统自对准方法对转台定位精度要求较高,转台存在定位误差时严重影响自对准精度。提出了一种考虑转台定位误差条件下的捷联惯导快速两位置自对准方法,根据对准位置与旋转过程中的惯导相邻时刻输出信息小幅慢变的特点,通过引入中间坐标系,实现实际旋转角度的精确跟踪和导航误差实时更新计算,辨识出初始姿态角误差,并根据对准精度要求对辨识结果迭代修正,从而实现动态条件下的高精度寻北。对该算法在静、动态环境下的寻北性能进行了实验验证,实验结果表明:静态环境下寻北精度的1倍标准差为18.3248″,动态环境下寻北精度的1倍标准差为32.633 07″,对准精度与计算速度均满足要求,能够有效克服转台定位误差对自对准精度的影响,具有一定的工程应用价值。     

航弹捷联惯导系统半实物仿真试验研究

某型远程航空弹药拟采用捷联惯导+卫星定位的制导系统.该制导系统中的捷联惯导系统姿态、位置解算精度和时延性将影响到控制系统的控制效果.为了测试捷联惯导系统的解算精度和时延性,该文设计了捷联惯导系统的半实物仿真试验框架结构,检验了捷联惯导系统导航计算机的解算性能.试验表明,捷联惯导系统的算法正确,解算精度和解算时延满足控制系统的要求,可以应用到航空弹药的制导与控制系统中.     

基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究

针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完成机器人位置解算,同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算,再次得到机器人的位置信息;为了减少累积误差对捷联惯导的影响,使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统,采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法,选择误差作为系统状态,经过滤波计算和校正,可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明,该方法可实现机器人实时定位,有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高,机器人在Y向运动4.3m,Z向运动0.25m后,Y向定位误差为0.25m,Z向定位误差为0.005m。     

基于修正的卡尔曼滤波的姿态估计算法研究

研究惯导系统的稳定性问题,其中微惯性测量单元(MIMU)可以为捷联惯导系统提供实时的姿态和航向信息。研究姿态估计提高导航精度,由于陀螺漂移引起姿态误差,单独使用MIMU使姿态精度差。为了克服陀螺误差随时间积累不断增大,无法长时间提供稳定的姿态的缺点,提出采用磁强计修正的卡尔曼滤波四元数姿态估计算法。算法以姿态四元数为状态向量,通过四元数更新方程建立离散滤波状态方程,将加速度计和磁强计输出的六维数据转化为四元数的量测值建立量测方程,有效减少了计算量,补偿陀螺的漂移误差带来的影响。仿真结果表明改进算法提高了捷联惯导系统的精度和稳定性。     

多惯组冗余系统安装误差的空中标定技术

以多组平行安装的捷联惯导构成的冗余系统为研究对象,提出了一种GPS辅助条件下惯导间安装误差的空中标定算法。该算法以其中一套惯导系统为安装基准,与GPS伪距、伪距率信息深组合后的导航结果为真实参考信息,标定前利用飞机机动提高基准惯导的姿态精度,标定开始时刻将基准惯导的导航信息装订给待标定惯导作为导航初值并进行姿态更新,利用待标定惯导的导航误差模型建立卡尔曼滤波器,量测量取为组合姿态与待标定惯导姿态的姿态误差,通过姿态匹配的方式对两套惯组之间安装误差进行标定。仿真结果显示,该方法不需要飞机做精确的角机动,只利用简单的摇翼和盘旋机动就可以对安装误差进行精确标定,且标定精度可达到角秒级水平。     

车载GPS/光纤陀螺组合导航定姿技术研究

为了实现基于低精度的光纤传感器的高精度定姿导航,以确保陆上运动载体能够得到自身实时、准确的姿态信息,时光纤陀螺捷联惯导系统的测量误差进行了分析并建立组合导航系统的动态模型,利用GPS天线与惯导系统在栽体上的相时安装关系以及陆上载体的运动特征约束即非完整约束建立组合导航系统观测方程,采用卡尔曼滤渡器时惯导系统的测量误差和GPS天线与惯导系统间的杆臂量测误差进行估计,并使用估计结果时惯导系统的速度、姿态导航解算结果予以在线修正.通过车栽试验验证了此组合导航方案切实可行,系统定姿结果具有较高精度.     

基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整

针对现有采煤机定位与姿态调整方法准确性较差的问题,在地面有缓慢坡度变化的情况下,对基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法进行了研究。首先介绍了采煤机定位技术,即由捷联惯导系统获取采煤机运动参数信息,采用欧拉角法对数据进行处理,进而完成采煤机位姿解算及实时定位;然后以采煤机截割高度调整为例,介绍了基于捷联惯导系统的采煤机姿态调整方法,重点推导了采煤机在不同截割工况下,采煤机截割高度与机身倾角之间的关系式;最后采用采煤机模型进行采煤机定位与截割高度调整实验,结果表明基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法可有效提高采煤机的定位与姿态调整精度。     

基于MEMS的低成本SINS/GPS组合导航系统研究

采用低成本的MEMS惯性传感器搭建了捷联惯导系统硬件平台,在此基础上对SINS/GPS组合导航系统进行实验研究.实验结果表明:系统精度比单纯的惯导系统高,接近GPS精度,达到了使用要求.同时,给出了MEMS捷联惯导系统的姿态解算算法,并进行实验验证.     

捷联惯导在轨标定算法研究

为了保证长期在轨工作的捷联惯性导航系统的精度,设计了一种捷联惯导在轨标定算法.通过分析捷联惯导的主要误差源,建立了标定误差模型和导航误差模型.用加速度计的零位漂移、陀螺仪的零位漂移、陀螺仪的标度因数误差和安装误差构造系统状态方程,利用卫星导航系统提供的速度、位置信息和星敏感器提供的姿态信息构造量测方程,经过滤波运算得到各项误差估计值.算法解决了捷联惯导与星敏感器坐标轴不重合的问题,提高了嵌入式计算机的计算能力.最后对算法进行了数学仿真,仿真结果证明了算法的有效性.     

带有转动机构的捷联惯导初始对准方法分析

在现有器件精度基础上依靠旋转调制技术实现更高精度导航成为当前惯性技术的研究热点。针对移动测量系统旋转光纤惯导系统对初始化可靠性和准确性提出的更高要求,设计一种不同惯性系下重力加速度建立转换矩阵的粗对准加两位置卡尔曼滤波精对准的初始化方法。分析粗对准过程转换矩阵求取机理,设计惯性坐标系重力及其微分构建初始捷联矩阵的方法;利用转动机构实现IMU处于2个最优方位完成光纤惯导系统的卡尔曼滤波精对准。转台实验结果表明,惯性系粗对准加两位置卡尔曼组合精对准可有效实现旋转惯导系统的高精度初始化。     

基于惯性传感器的上肢位置跟踪

为辅助中风病人的康复训练,设计了一种手腕固定惯性测量单元的上肢位置跟踪方案.导航定位算法采用传统的捷联惯性导航解算算法,并在此基础上根据标准康复训练中手臂做屈伸运动时速度周期性为零的特征,引入零速修正技术(ZUPT).采用姿态检测最优算法检测零速区间,将此时惯性导航解算的速度作为量测值进行Kalman滤波,对系统的速度、姿态、位置、加速度计和陀螺仪常值零偏误差进行估计,将估计结果反馈以修正捷联惯性导航的累积误差.同时在Kalman滤波的基础上设计了固定区间RTS平滑算法,解决了零速修正引起的运动轨迹的突变问题.实验结果证明,该方案可以有效地实现上肢位置跟踪,在运动时间为108 s的情况下,定位误差为运动路程的0.089％.     

舰船捷联惯导系统粗对准方法研究

提出适合于舰船系泊、锚泊状态下的捷联惯性导航系统惯性凝固粗对准方法。在惯性凝固坐标系和惯性坐标系上对重力向量分别进行积分,并利用重力向量随地球旋转在惯性空间的方向变化信息,粗略计算初始捷联姿态矩阵。该方法通过积分抵消掉舰船线性位移引入的干扰加速度,同时,避免了舰船姿态摇摆引入的干扰角速度。仿真分析表明：在舰船系泊、锚泊状态下,惯性凝固粗对准方法比较传统算法优势明显。     

惯性基高精度组合导航方法研究与仿真

研究了一种基于捷联惯性导航系统(SINS)的高精度组合导航方法;选取SINS的系统误差作为组合导航系统状态,利用天文导航系统(CNS)输出的姿态矩阵和SINS输出信息计算得到的等效姿态矩阵来构造量测,设计SINS/CNS组合导航算法;利用SINS与北斗卫星导航系统(RDSS)各自的位置输出构造量测,设计SINS/RDSS组合导航算法,从而,利用联邦卡尔曼滤波技术设计SINS/CNS/RDSS组合导航算法;仿真结果表明,惯性基SINS/CNS/RDSS组合导航方法具有较高的导航定位精度,工程应用前景良好。     

激光捷联惯组标定系数误差校准方法研究

为校准激光陀螺捷联惯组标定系数误差,介绍了基于捷联惯组开环姿态和速度更新的解析算法.捷联开环更新的姿态误差和速度误差中包含一定的标定系数误差信息,通过转动试验和静止试验可以对标定结果进行评估.通过对开环导航系统误差方程的分析,可以得到刻度系数误差、安装误差的解析解.利用误差解析解可以实现对标定系数误差的校准.在双轴位置...     

用于高速旋转载体的惯性导航系统设计

针对高速旋转载体的实际应用情况,采用了无陀螺捷联惯性导航技术方案,快速精确测量载体的姿态、速度和位置信息。无陀螺捷联惯导系统采用加速度计来解算载体相对惯性系的角速度,从而代替角速度陀螺仪,提高了系统的高过载的适应能力。首先推导了一种基于六加速度计配置方式力学编排方程,分析了加速度计精度、杆臂长度以及时间等因素对角速度误差产生影响,最后仿真分析了加速度计精度对惯导系统的定位精度的影响,为系统设计提供理论依据。     

基于高性能单片机的数据采集系统的设计及实现

介绍了船用捷联惯性导航系统中陀螺仪数据采集系统的设计。该采集系统主要由现场数据采集、双端口ＲＡＭ缓存和通讯监听、纠错单元三部分组成,采用高性能１６位单片机控制,ＰＴＳ实时发送数据。实测结果表明该系统动态围宽、精度高,很好地解决了捷联惯性系统中对陀螺仪数据实时获取的要求。     

基于抑制标度因数误差的捷联旋转监控方案研究

旋转监控技术通过对惯性元件常值误差的抑制,能有效提高捷联惯导系统的导航定位精度,但由于标度因数误差的存在,降低了旋转调制效果.通过对单轴旋转方式下标度因数调制效果的分析,推导了单轴旋转下标度因数误差激励的角速率误差,并总结出旋转位置与角速率误差的对应规律,进而提出了最佳的双轴旋转方案,最大程度地抑制标度因数误差对捷联惯...     

基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法研究

在旋翼无人机组合导航中,针对缺乏GPS作为导航信号源的室内飞行环境,为了达到精确定位的目的,提出一种基于SLAM（simultaneous localization and mapping）的旋翼无人机组合导航算法。首先,引入双线性插值算法,实现基于扫描匹配的即时定位与地图构建;其次,对陀螺仪、加速度计和磁罗盘建立捷联惯导系统误差模型,针对旋翼无人机的使用环境对误差模型进行简化;最后,应用联邦卡尔曼滤波算法,设计组合导航系统模型,将SLAM算法和捷联惯导系统估计出的位置数据进行融合。仿真结果表明所设计基于SLAM的旋翼无人机组合导航算法能够进一步提高组合导航系统对旋翼无人机位姿估计的精度。     

星光折射定位辅助的惯性/星光全组合导航算法

常规的惯性/星光组合导航多基于姿态信息组合,对位置、速度修正效果较差.针对上述问题,在惯性/星光姿态组合算法基础上,通过引入基于星光折射原理后获得的天文定位信息,设计了惯性/星光姿态、位置全组合导航方案,并提出了基于地心惯性坐标系下的捷联惯性/星光全组合导航算法.仿真结果表明:由于利用星光折射间接敏感地平的方法,在系统中引入了位置相关的观测信息,可确保组合导航系统获得较高的位置、速度和姿态精度.