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。     

36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001()/h和9 g,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1和3,二次项误差系数估计精度优于410-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。     

平台罗经系统误差自补偿技术研究

利用计算机技术实补偿平台罗经系统的误差是本文的主要目的。首先建立了加速度计,陀螺,平台罗经的误差模型,主要讨论了怎样从测量误差,安装误差及陀螺非常值漂移误差中解算出平台罗经的系统误差,从而对加速度计的输出和平台罗经的姿态进行补偿,最后对本文提出的方法进行了仿真,给出了仿真曲经,结果表明,该补偿方法具有一定的效果。     

两维转镜的等效动态控制误差模型辨识

两维转镜的动态控制误差是影响激光制导武器对抗闭环半实物仿真试验精度的重要误差源,建立准确的控制误差模型是系统精度分析的基础。对于转镜的动态控制误差分析建模问题,常采用经典的频域设计法建立控制系统的传递函数来分析其控制误差,建模过程复杂且难以建立准确的模型,提出了一种过程辨识的方法,分析了辨识原理、辨识输入信号设计、模型阶次及模型参数的辨识方法等,在使用行列式比定阶法确定模型阶次的基础上,采用递推最小二乘法建立了转镜的等效动态控制误差模型。然后,根据转镜控制系统指标设计等效正弦信号对该模型进行了验证,结果表明:动态控制误差模型估计输出与实际仿真输出基本相同,估计误差均值为0,最大值仅为13,说明了建模的准确性,同时也为激光制导武器对抗闭环半实物仿真试验系统中其他仿真设备的建模提供了方法支持。     

激光陀螺捷联惯导尺寸效应误差分析与补偿

在高动态条件下,加速度计尺寸效应已成为影响激光陀螺捷联惯导系统精度的重要误差源.文中从理论上分析了尺寸效应的产生机理,认为尺寸效应的产生是由于加速度计测量点不一致而引起,分析了激光陀螺机械抖动引起的尺寸效应误差.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了推导.对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑尺寸效应后的动态标定模型.以导航速度为观测量,建立了加计组件尺寸效应误差补偿的一般模型方程.一系列的试验证明,尺寸效应补偿有效地提高了导航精度.     

全数字闭环石英挠性加速度计系统校正与仿真

针对石英挠性加速度计模拟伺服方案存在精度损失问题。采用全数字闭环的检测方法,提出一种以传递函数校正的控制方案,通过引入积分环节和补偿校正装置消除系统的一阶静态误差,以获得足够的相位裕度。同时对校正装置进行离散化处理,建立了离散域数字闭环系统模型。基于此模型进行仿真与研究,校正后系统超调量在19%,-3dB带宽在1417Hz左右。离散域与连续域阶跃曲线特性基本相同,仿真结果与理论基本一致。验证了数字闭环系统校正方法的正确性和可行性。     

反馈延迟对光纤陀螺振动误差特性的影响

振动环境导致光纤陀螺引入较大的扰动。由于非线性因素,陀螺跟踪扰动的能力严重影响着其误差特性,而反馈延迟的存在使得跟踪性能变得更加复杂。因此,分析反馈延迟对于解决陀螺振动问题极其重要。首先,分析了非线性因素作用时不同反馈延迟对陀螺闭环跟踪能力和扰动稳定性的影响;然后在线性控制模型的基础上加入陀螺非线性环节,保证稳定裕度不变,仿真分析了不同反馈延迟下陀螺的跟踪性能以及输出。仿真及实验结果表明,减小反馈延迟,提高系统的跟踪扰动能力,可以减小非线性误差,改善振动环境下陀螺的输出性能。     

莫尔条纹光电信号自动补偿系统

为了保证高精度光电编码器在恶劣工作环境下的精确测量,建立一种基于高分辨力数字电位计+DSP+CPLD的莫尔条纹光电信号自动补偿系统。首先,介绍了自动补偿系统的工作原理及构成,并设计了系统使用过程中的工作模式;融合莫尔条纹信号各个偏差的补偿算法,建立了光电信号细分误差的综合补偿模型;然后,具体阐述了系统的硬件设计、相关软件设计,并分析了补偿系统自身存在的系统误差;最后,以24位光电编码器为实验对象,对该补偿系统进行测试分析,实验结果表明:自动补偿系统可实现编码器精码信号直流电平漂移、等幅性偏差、正交性偏差及二次、三次、五次谐波偏差的综合补偿,可使实际的静态细分误差减小0.61。该系统可用在编码器的工作现场,实现莫尔条纹信号细分误差的自动修正。     

线性神经网络在加速度计静态模型标定的应用

研究了线性神经网络在加速度计静态误差模型参数标定中的应用。根据加速度计静态数学模型的特点,选用网络结构简单、收敛速度快而不存在局部极小值问题的线性神经网络对加速度计静态模型进行辨识。同时考虑了加速度计安装到分度头上标定时,加速度计的安装误差角和分度头的转动精度对标定精度影响,并给出了相应的误差角计算和补偿方法,有效地提高了加速度计静态误差模型的标定精度。试验表明线性神经网络是一种有效的加速度计静态模型的标定方法而且具有较高的精度。     

星载寄生式InSAR系统频率同步误差分析

频率同步是星载寄生式InSAR系统的关键问题之一。根据频率源的工作特性,建立了一种新的频率源误差模型,并在该模型的基础上详细分析了频率同步误差对双站SAR成像及分布式InSAR高程测量的影响。建立了频率同步误差到干涉相位误差的传递模型,指出了星载分布式InSAR系统对频率源准确度及稳定性的要求,仿真验证了理论分析的正确性,分析结果对星载分布式InSAR系统的设计具有重要意义。     

MEMS微惯性组合静态误差建模与补偿

安装误差和温度是MEMS微惯性组合的主要误差源,这两种因素所引起的误差通常占系统总误差的90%以上。通过对微惯性组合的安装误差及温度因素的影响进行深入分析,构建了一种适用于低成本导航微惯性组合静态误差补偿模型。该模型是一种基于线性模型的改进型模型,模型复杂度低,按实验标定方法获取模型参数后可实时计算惯组输出,用于对MEMS微惯性组合实时性要求高的环境中。并且,通过对模型深入分析,巧妙设计标定方法,大大简化了该模型的标定步骤,使模型参数的获取更为方便。为了论证模型正确性,进行了标定实验,实验结果表明模型是切实可靠的。     

UKF改进算法在组合导航INS误差校正中的应用

针对无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法与全球定位系统/惯性导航系统(Global Positioning System/Inertial Navigation System,GPS/INS)组合导航模型不匹配,且鲁棒性不足,难以适应INS 元件的随机性和突变性的问题,提出了一种UKF改进算法。该算法有效结合了混合滤波思想、平方根滤波技术及交互式多模型结构,分别克服了算法与线性/非线性模型不匹配,协方差矩阵非正定以及参数设置难以适应模型不确定性的问题。仿真实验分别考察了新算法在INS平台角初始大误差及加速度计零偏突变两种情况下的表现。实验表明,新算法在估计精度及鲁棒性方面比UKF有较大提高,能够有效校正INS元件产生的随机和突变误差。     

基于遗传算法的卫星磁模型研究

针对卫星磁特性研究与磁试验,建立了卫星多磁偶极子模型,分离了线性和非线性部分,利用遗传算法,以测点的模拟值和测量值之差的均方根作为目标函数,搜索多磁偶极子的位置,同时检测拟合误差,使得目标函数达到最优的同时,拟合误差也满足要求.最后对卫星静止状态和加电状态的磁性进行了计算,试验结果表明,用该方法建立卫星磁场模型精度高,磁矩和磁场的误差均小于5%,并且对测量误差不敏感,具有很强的鲁棒性.     

平台运动对声学导航圆交汇模型的影响及误差分析

声学导航技术被广泛应用于水下机动平台的自主导航。常用的声学导航模型多为圆交汇模型,该模型结构简单,计算方便,但未考虑平台运动影响,是一种静止模型。平台运动条件下,平台接收各水下声信标(水下星站节点)的时间及所处空间位置不同,即时间和空间存在差异性,会产生模型失配,影响导航精度。针对上述问题,该文推导了由平台运动造成的模型失配误差公式,定量分析了运动对导航精度的影响以及误差的空间分布规律,着重研究了航速、航向角等航行参数对导航精度的影响规律,并进行了仿真验证。研究结果表明:仅考虑平台运动的影响时,声学导航圆交汇模型的失配误差存在,且与平台在阵内的空间位置有关,其导航精度空间特性呈近似的同心椭圆分布;模型失配误差还与平台航行参数有关,模型失配误差对速度变化敏感,随着航行速度增大,呈近似线性趋势增大,影响严重;航向角对全局精度变化范围影响小,主要影响模型失配误差的空间分布,体现为一种随航向角“旋转”的特性,且椭圆横轴方向与平台运动方向趋于一致。     

激光陀螺捷联惯性导航系统零速修正研究

针对激光陀螺捷联惯性导航系统不依赖外部信息修正,长时间工作累积放大的问题,分析常用的零速修正算法二次曲线拟合法、最小二乘法、卡尔曼滤波法等,结合车载激光陀螺捷联惯性导航系统实际应用,提出一种自适应零速修正方法,利用零速修正技术的约束条件,构建15个基本误差参数,根据系统自身误差特性,设计出系统的状态量测矩阵和量测方程,并采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,确定卡尔曼滤波器参数,从而实现对位置坐标、姿态角、速度误差进行了有效估计,可以有效提高惯性测量单元（IMU）导航精度。实验表明,采用该方法能有效提高了捷联惯性导航系统导航精度,既克服了频繁停车,又增强了载体的机动性能。     

光纤陀螺捷联惯导系统艇上系泊状态自标定方法

从实际工程使用角度出发,提出了一种在系泊状态下的系统级自标定方案,避免了惯导系统在艇上的反复拆装。提出的系统级标定方法设计了15位置转位方案,可以通过Kalman滤波对陀螺仪和加速度计的零次项误差,标度因数误差,安装误差进行精确估计,除了对以上误差参数的估计外,对影响导航精度的内杆臂参数和加速度计正负通道非对称误差也可以进行估计。并根据系泊状态的特殊晃动环境,设计了零相位延迟的低通滤波器从惯导系统的速度解算中得到速度误差,保证了惯导系统在不依赖外界输入条件下完成自标定任务。仿真及实验结果表明,该方法能在系泊状态下准确估计出全部误差变量,且与静基座标定结果相符,具有实际应用价值。     

北斗卫星导航系统URE与定位精度分析

北斗卫星导航系统已具有区域无源导航能力,为了研究当前可用星座情况下的系统定位精度,首先分析用户等效测距误差(UERE)结合精度因子(DOP)值的精度评估方法计算模型,然后利用上述方法采用实际数据对比分析了北斗卫星导航系统和GPS系统一段时间内的静态定位精度。通过分析得出,在该段时间内北斗系统定位精度在水平方向上误差优于5 m,在高程方向上误差优于15 m。     

自适应Kalman滤波在光纤陀螺SINS/GNSS紧组合导航中的应用

为了提高光纤陀螺捷联惯性导航系统（SINS）和全球卫星导航系统（GNSS）的组合导航精度和系统稳定性,设计了基于伪距、伪距率的紧组合导航系统模型。针对光纤陀螺的白噪声特点,以及误差不稳定性导致无法精确建模,将残差引入误差方差阵的估计中,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波方法。采用改进的自适应卡尔曼滤波方法滤波得到导航参数的最优估计,然后对系统进行反馈补偿校正,抑制了滤波发散问题,提高了系统的稳定性。稳态测试试验结果表明:设计的光纤陀螺SINS/GNSS 紧组合导航系统具有较好的鲁棒性;在三颗卫星的条件下,系统能够在短期内保持较高的导航精度,验证紧组合导航的优越性。     

惯导系统航迹误差与真航向误差相关性研究

为了寻找一种新的评定飞行试验中真航向精度的方法,文中采用全球定位系统(GPS)作为参考基准,以两套不同型号的惯导系统作为试验对象,通过飞行试验研究惯导系统航迹误差与真航向误差的相关性。试验数据及分析结果表明,采用航迹误差间接评定真航向精度是可信的。