总体最小二乘辨识陀螺加速度计误差模型研究

开展了陀螺加速度计在三轴转台上的测试试验,由于三轴转台给陀螺加速度计提供的输入加速度引入设备误差,需采用总体最小二乘法对试验数据进行辨识。将最小二乘法应用于辨识陀螺加速度计在三轴台上的测试试验,主要是消除了测试设备的误差对陀螺加速度计精度的影响,与最小二乘法辨识结果进行比较,总体二乘法的辨识结果要优于最小二乘法,提高了陀螺加速度计的辨识精度。     

基于谐波分析的捷联惯导系统加速度计组件标定技术

惯性器件误差是影响捷联惯性导航系统(SINS)精度的主要原因之一,任何由加速度计和陀螺构建的SINS在使用之前都须进行精确标校,以建立起惯性器件静态误差补偿模型。首先根据三轴加速度计组件的输出建立起加速度计输出模型;然后利用三角谐波的正交特性,设计了1 g重力场下的多位置转台翻滚试验,分离出加速度计组件的各项静态误差系数的解析表达式;最后,分析了由基准误差引入的参数标定误差。利用双轴位置转台对标定方法进行验证,结果证明此方法能够有效标定出三轴加速度计组件的刻度因数、交叉耦合系数和零位偏置,满足系统设计指标要求。     

基于精密离心机的三轴硅微谐振加速度计标定方法

为更准确辨识三轴硅微谐振加速度计的误差系数,提高加速度计在飞行器上的加速度矢量测量精度,设计基于精密离心机的加速度计标定方法。分析硅微谐振加速度计的工作原理及误差项,在考虑离心机主要误差源的基础上建立包含零位偏移、标度因数、非正交安装误差、二次项误差与横向灵敏度的硅微谐振加速度计误差模型;设计离心机匀角加速度旋转的三姿态标定方法,在径向轴高g输入的同时,增加角加速度激励,可以更好标定加速度计横向灵敏度;对所提出的标定方法进行仿真,通过最小二乘法完成模型参数辨识。仿真结果表明,参数辨识相对误差可控制在2%以内,二次项系数与横向灵敏度辨识精度均小于1μg。     

基于多位置的MEMS加速度计快速自标定

针对MEMS加速度计输出信息受自身误差项(如零偏、标度因数、非正交误差等)干扰而影响器件自身测量精度的问题,提出一种不依赖转台设备的快速24位置标定方法.在分析MEMS加速度计输出特性基础上建立MEMS加速度计输出误差模型,设计并展开连续转停标定,利用重力特征实现加速度计误差修正.基于器件零偏、标度因数、非正交误差9个误差参数建立MEMS加速度计标定模型后,提出基于牛顿法对误差参数最优值进行估计.加速度计标定补偿实验结果表明,多位置标定方法能有效补偿自身误差并提高输出加速度信息的精度.     

基于旋转惯导双轴旋转系统的系统级标定

随着旋转调制惯导系统在空间飞行器上的逐步应用,低精度转台开始作为惯导系统的一部分参与导航过程,对基于旋转惯导系统双轴转台的光纤陀螺捷联惯导系统的系统级标定方法进行研究。建立附加约束条件和简化条件后的加速度计和陀螺的误差模型,在双轴转台上进行合理位置编排和转位,利用静态七位置下的捷联惯导输出数据做惯性导航,以速度误差和姿态误差作为观测量,建立Kalman滤波标定模型,系统辨识出三轴加速度计和陀螺的各项误差参数。通过计算机仿真验证,该方法能够准确利用滤波方法估计出陀螺和加表的共计21个器件误差参数,在工程上具有一定参考价值。     

多方向振动测试的石英挠性加速度计高阶误差系数辨识

高精度的误差系数可准确评价加速度计的精度与性能,从石英挠性加速度计误差模型入手,对其进行多方向振动测试试验,利用总体最小二乘（TLS）算法辨识加速度计模型方程中的高阶误差系数,建立较高精度的加速度计数学误差模型。为验证算法的有效性及所实施试验的可靠性,和传统重力场多点测试辨识加速度计参数方法作对比,同时,提出误差系数和决定系数两个指标来评价振动测试的辨识效果。结果表明：采用多方向振动测试结合总体最小二乘算法方案所辨识出加速度计高阶误系数精度较高,在实践中具有较好的借鉴意义。     

基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿

为提高三轴加速度计测量精度,根据其误差来源和产生机理,建立了误差模型;通过对误差模型分析,指出三轴加速度计输出轨迹符合椭球假设,提出一种椭球拟合法确定误差模型,实现对加速度计误差补偿。三轴加速度计捷联安装到三自由度转台进行误差标定和补偿,实验结果表明:加速度计最大、最小绝对误差可以减小100倍左右,精度达到10-3m/s2。该方法对采集数据的姿态没有太高要求,补偿效果显著,简单易行。     

惯导系统中石英加速度计的动态测试方法研究

针对载体运动状态下惯性导航系统(INS)定位精度受加速度计动态性能的影响,提出一种动态环境下的石英加速度计的误差分离测试方法。建立了石英加速度计动态环境下的模型,设计了转台模拟载体机动的工作环境,分析了动态测试原理,并根据测试结果对其性能进行分析。试验结果表明:提出的加速度计动态测试方法可以有效地得到石英加速度计的动态性能指标。     

捷联惯导系统加速度计标度因数和安装误差的试验标定

研究了捷联惯导系统惯性测量组合中加速度计标度因数和安装误差的标定问题。对捷联惯性测量组合中3路加速度计建立了输出模型,提出了在三轴转台上采用多位置试验对加速度计标度因数和安装误差进行标定的方法。实验表明,本方法能够有效地标定出惯性测量组合中加速度计的标度因数和安装误差,具有较高的精度,对提高捷联惯导系统的精度有着重要的作用。     

基于椭球假设的加速度计非正交误差角测试

针对现有三轴加速度计非正交误差角测试方法成本高、现场测试能力不足以及对加速度计测试位置精度要求高的问题,提出一种基于椭球假设的现场无依托测试方法.在只考虑三轴加速度计非正交误差角因素下,建立了三轴加速度计误差模型.实验结果表明:采用椭球假设现场测试方法可以不依赖外部辅助设备,通过绘制椭球的圆球程度可以直观观察到非正交误差角对加速度计的影响,同时可以对加速度计非正交误差角进行补偿.     

基于双离心机的加速度计动态校准装置

加速度计动态校准装置基于双离心机原理,通过主离心机和从离心机的同时旋转产生动态线加速度,从而实现对加速度计的动态校准.介绍了加速度计动态校准装置的工作原理,建立了其复现加速度的幅值数学模型,针对在大过载条件下从离心机精密旋转问题,设计了从离心机的结构形式和控制方案,并对校准设备所复现加速度的幅值不确定度进行了分析和试验验证,试验结果表明该装置复现动态加速度幅值测量不确定度优于0.2％.     

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.     

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。     

Improved calibration method for SDINS considering body-frame drift

A calibration method for a strap-down inertial navigation system (SDINS) is presented here. The body-frame drift induced by the variation of the accelerometer sensing axe due to temperature changes is an important source of navigation error not considered in conventional calibration methods. In this paper, we propose an advanced calibration method that can compensate for SDINS error sources including not only bias, scale factor, and misalignment but also the body-frame drift by utilizing a 2-axis turntable. The body-frame drift is estimated using horizontal accelerometer measurements during a calibration procedure. Simulation results show that the body-frame drift behaves like an additional gyro bias error and that the proposed calibration technique can significantly improve pure navigation performance by removing the effect of body-frame drift.