捷联惯导系统单轴旋转调制误差传播机理研究

为了抑制捷联惯导定位误差的累积,提高捷联惯导定位精度、姿态精度和速度精度,分析了捷联惯导系统在单轴旋转调制下的误差传播机理,推导了多误差源同时激励下旋转调制捷联惯导系统的误差传播模型及各个误差项的复频域表达式,讨论了旋转调制速率的选取原则。仿真结果表明,采用旋转调制技术后,陀螺仪的常值漂移、加速度计的零偏引起的导航误差可以得到有效补偿,选取旋转频率时,应避免旋转频率接近舒勒调谐频率、傅科频率和地球自转频率,否则导航误差反而会增大。     

旋转惯导高度通道误差抑制方法研究

为了研究单轴旋转惯导系统的高度通道误差抑制方法,首先分析了纯惯导高度通道的稳定性,并通过比力方程建立了误差模型。然后推导了单轴旋转惯导系统的高度通道误差方程,分析了抑制高度通道误差发散的条件,得出在旋转轴处于水平状态时可以极大地抑制高度通道误差的结论。最后,在三轴加速度计存在零偏的情况下,对惯导系统的高度通道误差进行仿真。理论分析与仿真结果均表明旋转轴处于水平状态时可以有效抑制高度通道误差。     

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.     

旋转方案对捷联惯导系统误差特性的影响

分析了单轴和双轴连续旋转方案对于捷联惯导系统误差特性的影响。结果表明,单轴连续旋转不仅不能调制旋转轴向上陀螺的常值漂移,反而引入大小为刻度系数误差与旋转转速乘积的等效陀螺漂移,此漂移严重制约高精度陀螺组成的捷联惯导的定位精度。双轴连续旋转可以调制旋转轴向陀螺的常值漂移以及由刻度系数误差和旋转转速耦合引入的等效陀螺漂移。但因惯性器件的刻度系数误差与载体运动耦合,会在3个轴向引起等效陀螺漂移,此漂移对系统的定位精度影响强烈。不同的仿真实验证明了理论分析。     

惯导系统转位条件下的误差特性分析

捷联惯导传感器不像平台惯导传感器,固定在选定的坐标系中,需要承受运载体在其全程飞行轨迹上产生的航向和姿态变化,因此捷联惯导性能在很大程度上取决于运载体的动态激励。本文重点分析了捷联惯导方位转位条件下的误差传播特性,并从时域和频域两个角度阐述了捷联惯性导航系统性能与此类运动的相关性,具体说明了捷联惯导舒拉蹦效应与旋转调制误差抵消效应的内在关系。     

旋转惯导系统中IMU转停时间分配技术研究

针对惯性测量单元(IMU)单轴旋转捷联惯导系统改善运载体导航精度能力有限的问题,同时从工程应用角度降低IMU连续长时间正反转引发旋转机构出现故障几率的角度出发,提出一种基于光纤陀螺的双轴转停方案。设计对称分布的双轴16次序转停路径并分析其误差调制原理;根据双轴旋转捷联惯导系统误差特性,研究IMU转停过程对系统导航精度的影响并计算最优转停时间间隔,利用仿真验证本方案的有效性。     

HRG旋转方位平台惯导系统频域导航算法

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,提出在频域中对HRG旋转方位平台惯导系统进行导航解算,以解决其存在较大的旋转效应及划桨效应误差的问题。算法基于傅里叶变换对惯性仪表离散信号进行重构,经比力和坐标变换矩阵频域转换、频域卷积运算及傅里叶反变换后实现了用解析积分来代替数值积分,有效降低了常规时域导航算法速度求解中的时移影响。仿真结果表明,算法能够有效抑制旋转效应及划桨效应误差,提高系统的导航精度。     

基于正逆向解算的单轴旋转惯导参数辨识方法

在单轴旋转惯导系统中,z向旋转轴陀螺漂移由于不能被旋转调制成影响系统导航性能的主要误差因素。另外,为了缓解对准过程中对准精度与对准时间的矛盾,在有限的对准时间内最大程度的保证对准精度并能够辨识出z轴陀螺漂移,该文提出了一种静基座条件下,基于时间正逆向解算算法并通过增加航向角量测量,利用最小二乘法进行参数辨识的快速对准方法。该算法不仅能缩短对准时间,还能快速估计z轴陀螺漂移,提高导航精度。以现有的单轴旋转光纤陀螺惯导系统进行试验,结果表明,误差补偿后,系统定位精度提高了约24%,定位误差小于2 n mile/12 h。     

一维激光多普勒测速仪/单轴旋转惯导组合车载高程测量方法(特邀)

采用一维激光多普勒测速仪与单轴旋转惯性导航系统组合的方式,利用单轴旋转惯导系统倾角补偿后的姿态输出为测速仪提供高精度姿态基准,探索提高一维激光测速仪高程测量精度的新方法。针对双光束差动结构的一维激光测速仪高程测量原理及单轴旋转惯导系统倾角误差补偿方法进行了研究,以车载的方式对设计的高程测量方法进行了试验验证。完成了两组35~40 min跑车测试,第一组试验高程测量最大误差为?2.67 m,标准差为1.0094 m;第二组试验高程测量的最大误差为1.68 m,标准差为0.5880 m,达到了车载情况下连续动态高程测量精度优于3 m的预期指标。相关试验结果证明了基于单轴旋转惯性导航系统的车载一维激光多普勒测速仪高程测量方法的有效性。     

连续旋转型光纤捷联惯导系统角速度误差补偿

旋转调制技术在有效抑制惯性器件漂移的同时,也使测量误差更加复杂,只有对这些误差进行补偿,才能发挥旋转调制的效果。为此分析了光纤陀螺敏感轴与旋转轴间不正交角、旋转轴涡动、时间不同步量、敏感轴间不正交角等误差造成的影响,建立了各自的误差补偿模型,并设计了一种基于单轴转台和单元体自身旋转的误差标定方法。结果显示,温补后的敏感轴与旋转轴之间不正交角标定精度优于0.2″,敏感轴之间不正交角标定精度优于1.4″,时间不同步量的标定精度优于0.06ms,经旋转调制和误差补偿后的等效光纤陀螺漂移由0.050°/h改善至0.015°/h。为低成本高精度惯导系统的实现建立了基础。     

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。     

MEMS陀螺漂移误差抑制方法研究

MEMS陀螺漂移误差是影响惯性测量系统精度的主要误差源,针对这一问题,引入旋转调制方法和卡尔曼滤波方法,利用旋转调制方法抑制陀螺的常值漂移,利用卡尔曼滤波方法减小随机漂移,并进行了仿真和实验,对调制和滤波前后惯性测量系统的姿态角误差进行了对比,结果表明,利用旋转调制技术和卡尔曼滤波方法分别减小陀螺的常值漂移漂移和随机漂移后,由这两种漂移误差引起的姿态角误差明显减小,惯性测量系统的测量精度显著提高。     

A rotating inertial navigation system with the rotating axis error compensation consisting of fiber optic gyros

An effective and flexible rotation and compensation scheme is designed to improve the accuracy of rotating inertial navigation system (RINS). The accuracy of single-axial RINS is limited by the errors on the rotating axis. A novel inertial measurement unit (IMU) scheme with error compensation for the rotating axis of fiber optic gyros (FOG) RINS is presented. In the scheme, two couples of inertial sensors with similar error characteristics are mounted oppositely on the rotating axes to compensate the sensors error. Without any change for the rotation cycle, this scheme improves the system’s precision and reliability, and also offers the redundancy for the system. The results of 36 h navigation simulation prove that the accuracy of the system is improved notably compared with normal strapdown INS, besides the heading accuracy is increased by 3 times compared with single-axial RINS, and the position accuracy is improved by 1 order of magnitude.     

安装误差对单轴旋转对准精度影响分析

针对激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准问题,分析了影响初始对准精度的惯性器件误差参数,理论推导了陀螺安装误差对对准精度及加速度计零位估计的影响,并进行了仿真分析。仿真结果表明,陀螺安装误差直接带入失准角估计误差,并会引起等效加速度计零位估计误差,可通过标定陀螺安装误差提高对准精度。     

基于单轴光纤陀螺的曲线桥线形检测方法研究

针对现有基于单轴光纤陀螺的惯性检测系统无法用于曲线桥结构线形的局限,提出了一种基于单轴光纤陀螺的曲线桥有轨线形检测方法。首先,阐述了基于单轴光纤陀螺的直线桥线形检测原理、陀螺的误差来源和曲线桥检测难点,根据导航算法对单轴光纤陀螺检测弯道线形可行性进行分析;然后,搭建曲线型试验轨道和一套轨道检测小车及无线线形采集系统;最后,将集成好的线形检测系统在试验轨道上测试,通过改变试验轨道形变程度构造不同试验工况,将实际测量结果与千分尺测量结果对比以验证理论的可行性和准确性。结果表明,该方法可以识别不同工况下曲线型轨道形变程度,测量精度优于1 mm,具有测量原理简单、系统实现和检测成本低的优势,结合桥梁检测轨道的配备,可为各类大型桥梁提供不封桥、不停运形变检测新思路。     

基于位置敏感探测器的组合导航技术研究

为了减小现有小型旋翼类无飞机飞行过程中卫星/惯性组合导航系统的制导误差，提高其导航系统定位精确度，提出2维位置敏感探测器激光制导与机载卫星/惯性组合导航系统结合的新型导航系统方案。该系统利用1064nm红外脉冲激光作为引导光源，采用中间飞行段卫星/惯性导航、末端飞行段激光照射制导结合的方式，进行了理论分析和对比实验验证。结果表明，在室外飞行环境和室内强、弱、正常光照飞行环境下，该系统始终保持较高的定位精度和结果一致性；相对比其它现有制导方式，该系统的探测频率始终保持5kHz、定位精度始终保持其圆形概率误差处于0.10m数量级，取得了较好的定位实验结果。该系统具有鲁棒性强、电路简单、探测灵活、高速精确的特征，对无人机末端制导具有重要意义。