光纤航姿小角速率误差建模及标定技术研究

文章主要基于某型光纤捷联航姿研制过程中出现的转位后纯惯性姿态发散快的问题开展研究,分析定位问题原因,针对光纤陀螺小角速率标度因数存在的非线性特点,通过误差建模及标定补偿技术,提升小角速率标度因数线性度、航姿对准精度及纯惯性姿态精度,以满足长时间精度保持的系统要求。工程实测数据表明,该标定补偿技术的应用能够使光纤捷联航姿准确测量地球自转角速率,有效减小对准零位误差,提升长期姿态精度,实现优于4 h 0.5°的姿态指标要求。     

基于数据迭代的FOG误差参数闭环标定方法

针对光纤陀螺(FOG)误差参数是影响系统导航精度的主要因素,且传统开环标定方法对陀螺零偏、标度因数和安装误差角标定精度不高而制约系统精度进一步提高的现状,提出一种FOG迭代闭环标定方法。该方法分别在捷联惯导系统罗经对准和导航过程中完成对FOG零偏、标度因数、安装误差的标定。利用Matlab建立仿真环境,将传统分立式标定与闭环标定方法得到的仿真结果进行对比,结果表明:提出的闭环标定方法可有效地提高光纤陀螺标定精度。     

基于双轴转位机构的光纤陀螺标定方法研究

针对调制型捷联系统中光纤陀螺误差系数随时间变化的问题,提出一种利用双轴转位机构实现陀螺六位置静态标定方法.根据光纤陀螺仪误差模型,利用转位机构设计六位置标定路径,激励出陀螺仪标度因数、安装误差和零位,标定新方案避免了陀螺仪误差系数的耦合.分析了转位机构的转位误差对标定精度的影响,并利用调制型捷联系统导航实验对六位置标定方案进行原理性验证.结果表明,六位置标定方法所引起的系统定位精度优于传统标定方法.     

激光陀螺捷联惯导系统的误差参数标定方法

为降低激光陀螺捷联惯导系统误差参数标定对高精度转台的要求,在不精确对北和调平的情况下,综合分析北向基准误差、水平基准误差、转台轴正交度误差、角位置误差以及标定时间等诸多因素,考虑对称位置和整周期旋转等编排原则,改进了速率标定方案,标定出陀螺仪的标度因数和安装误差,同时提出了一种十二位置连续转动标定方法,标定出陀螺仪的零偏以及加速度计的误差参数项.实验结果表明,与传统方法相比,标定精度相当,降低了对标定转台的要求,减少了标定时间,有较高的工程应用价值.     

船体变形对航姿参数的影响及其测量

介绍了船体变形的产生原因,详细分析了船体变形对航姿参数的影响和惯性测量匹配在实船上测量船体变形时的应用.讨论了在中心航姿系统部位安装速率陀螺,在局部基准部位安装速率陀螺和加速度计时船体变形的测量情况,具体推导了变形角、局部基准部位的航姿角和摇摆线速度的计算公式,为惯性测量匹配法在我国舰船上的实际应用打下了基础.     

基于ARM的低成本微型捷联航姿系统设计

采用三轴MEMS加速度计和角速率陀螺以及微型磁通门传感器,以ARM处理器为核心构建微型捷联航姿系统硬件平台,运用捷联惯性导航理论及状态扩增Kalman滤波算法,实现了载体航向、俯仰和倾斜角度的测量和误差控制。在三轴无磁转台进行了航姿角度测试,结果表明,该航姿系统具有较高的角度稳定性和准确度,同时体积小、成本低,具有很好的工程应用前景。     

激光捷联惯性组件精确标定方法研究

建立激光捷联惯性组件(SIMU)的输出模型;研究双轴位置转台下高精度激光SIMU的多位置标定方法,通过正、反向转动和四位置对消标定出激光陀螺的脉冲当量、安装偏差和常值漂移;应用多元回归分析法标定出加速度计的脉冲当量、安装偏差和零偏;分析了地球自转角速率、转台角位置基准偏差对陀螺标定的影响;阐述了提高陀螺组件标定精度的方法。对某型激光SIMU(陀螺漂移稳定性0.007°/h,加速度计零漂5×10-5g)进行标定与实时补偿,静态导航1 h最大纬度误差0.13海里(n mile),经度误差0.24海里(n mile);动态车载实验1 h定位误差0.7723海里(CEP)。     

光纤捷联惯导系统角加速度误差补偿技术

以实验室自行研制的光纤陀螺及其捷联惯导系统为基础,从光纤陀螺的传统标定模型入手,在进行角加速度补偿前,通过与转台激发出的角速度与光纤陀螺测量值做对比,得出系统在有大角加速度的情况下,光纤陀螺测量值与转台实际角速度值会有很大的误差,光纤捷联惯导系统姿态误差会在很短的时间内被放大。角加速度误差补偿后,在有明显角加速度的情况下,光纤陀螺能够准确测量转台的角加速度,捷联惯导系统解算精度明显提高。     

双轴旋转光纤捷联惯导八位置标定方法

针对双轴旋转捷联惯导系统长期工作时光纤陀螺误差参数随时间变化问题,提出一种姿态未知条件下的八位置标定方法.该方法利用双轴旋转机构可提供惯性测量单元(LMU)相对载体固定角位置特性,结合光纤陀螺简化误差模型,设计出八位置标定路径并激励出光纤陀螺误差参数.新的标定方法既避免了陀螺误差参数的耦合影响,又可以解算出载体航向信息.转台实验结果表明,八位置标定方法可在载体姿态未知条件下完成对光纤陀螺误差参数的标定工作.     

FOG双轴旋转六位置现场标定方法

光纤陀螺的制造工艺决定陀螺的漂移、刻度因数等参数随着运行时间的增加发生变化,必须定期进行陀螺重标定。实验室的传统标定方法依赖于高精度三轴转台,不能满足现场标定的要求。针对现场标定条件,必须降低标定对于姿态基准的要求。针对该问题,分析旋转机构误差调制机理,充分利用旋转机构,以输入角速率变量为基准,给出一种适用于现场标定的六位置标定方法。以自制的光纤陀螺为研究对象,实验结果表明:该方法与传统实验室标定方法精度相当,缩短了标定时间,有效地降低了标定对转台的依赖。     

基于参数辨识的时栅转台在线自动标定系统

提出一种在线自动检测时栅转台误差、辨识误差模型系数和误差补偿的方法。该系统由高精度的基准量仪圆光栅、微控制器与上位机组成。在对极点8个待定参数和对极内20个待定参数分别进行傅立叶变换的参数辨识,得到辨识误差模型的系数,实现了实时在线误差补偿。为了检验在线自动标定效果,利用光电自准直仪与基于参数辨识的在线自动标定系统进行对比实验。实验结果表明,采用傅立叶变换的参数辨识,提高了时栅转台标定精度与标定效率,时栅转台的精度达到2.8″。     

基于全周多视角的三维重建技术

提出一种基于圆分度台的三维模型拼接技术，其核心是把双目立体测量系统安装在步进电机控制的旋转平台上，旋转拍摄多视角下的场景影像，由所记录的相应角度值，通过坐标变换将不同视角场景模型进行三维拼接．论述了旋转装置的参数标定以及同一视点下不同视角的坐标转换关系．该方法只需一次标定，自动完成测量数据的采集与拼合，非常适合于近景场景下的三维数据采集与重建．实验结果表明,系统具有较高的拼合精度．     

基于旋转多视角深度配准的三维重建方法

针对在旋转平台上采集得到的多视角数据,提出一种有效的配准方法,同时结合双目立体视觉测量构建了完整的三维重建系统。通过拍摄旋转平台上多个视角下的标定板图像,提取标定板图像角点信息,计算出旋转平台坐标系和摄像机坐标系的空间位置关系,进一步推导出不同视角下的坐标转换关系,从而实现不同视角的数据配准。实验结果表明,基于本配准方法的旋转多视角双目测量系统具有较高的配准精度,能有效用于物体表面三维重建。     

模糊控制在低速大转矩转台中的仿真研究

转台在航空航天中应用广泛,对于它的控制性能有很高的要求,而低速大转矩转台的控制比一般的转台控制更难。因为传统PID控制效果不理想,所以尝试采用模糊控制方法。对低速大转矩转台的系统仿真建模、模糊控制器设计以及MATLAB系统仿真进行了研究,试验结果表明模糊控制及其仿真方法切实可行,对同类转台的控制有一定的参考价值。     

一种适用于单轴MEMS倾角仪的快速标定方法及实现

针对单轴倾角仪核心元件MEMS加速度计零点电压和标度因数在反复上电后会发生改变,且在外场环境下,不能通过转台对其进行修正的问题,本文根据MEMS加速度计的安装误差、输出模型推导了单轴倾角仪的标定模型,提出了一种适用于单轴倾角仪的快速标定方法,并利用实验室研制的MEMS单轴倾角仪及LABVIEW软件编写的上位机对该方法进行了试验验证.实验表明,该快速标定方法可快速、准确地修正MEMS加速度计零点和标度因数的漂移,从而保证倾角仪的测量精度,具有良好的工程实践意义.     

直升机机载三轴速率陀螺校准技术研究

三轴速率陀螺组件是某型无人直升机飞控系统的重要部件之一,其速率精度直接影响飞机的性能,为此必须定期对其进行校准.为提高三轴速率陀螺的校准精度和效率,提出了一套基于单轴速率转台的半自动校准方法.设计了专门的校准工装,实现了被校三轴速率陀螺3个输出轴的快速切换;开发了校准系统软件,实现了校准数据的自动采集和处理,提高了速率校准效率.对校准结果的不确定度进行了分析评定,评定结果表明,提出的校准方法合理可行,具有较好的实用性.     

基于双闭环结构的时栅转台自动标定系统设计

时栅转台精度的标定是时栅产业化过程中非常重要的一道工序,是时栅转台精度和可靠性体现。针对传统的标定系统采用激光干涉仪、光电自准直仪和金属多面体,人工操作效率低,可靠性差,提出用自制的数控控制箱结合嵌入式技术,开发了一种时栅转台自动标定系统。该系统以高精度的海德汉圆光栅RCN8510作为基准量仪,双微控制器与上位机为基础,形成双闭环控制结构,实现了实时在线误差修正与补偿。实验结果表明：采用双闭环控制系统时栅转台标定系统具有较高的稳定性,提高了时栅转台标定效率,时栅转台的精度达到2.4″。     

基于STM32的时栅转台高精度自动标定系统设计

针对目前时栅转台采用手动方式进行标定,工作效率低、精度难以保证的现状,设计了一种能够进行数据采集、处理和误差补偿的时栅转台自动标定系统。该系统以激光干涉仪作为测量基准,采用了闭环控制技术,进行测量误差补偿。实验结果表明:该系统标定精度高,经过该系统标定后的时栅转台精度达到±2″,且标定速度是手动方式的2倍以上,显著提高了时栅转台标定效率。