光纤陀螺“四位置”误差机理研究

光纤陀螺惯导系统在位置标定实验时,光纤陀螺绕输入基准轴的不同位置零偏不一致,称为“四位置”误差。结合光纤惯性组合标定时出现的“四位置”误差问题,通过对光纤陀螺法拉第效应误差模型和对实验数据的分析,研究了“四位置”误差与光纤陀螺磁敏感性和输入轴失准角之间的关系。得出光纤陀螺“四位置”误差主要是由地磁场影响造成。对光纤陀螺采用磁屏蔽措施,可以显著减少“四位置”误差。     

微航姿仪的磁力计标定算法及误差补偿研究

针对目前磁力计标定算法中存在磁干扰或噪声导致航向角测量误差等问题,提出了一种改进的磁力计标定算法。该算法考虑磁力计安装误差和外界磁干扰,提出改进的磁力计误差模型;同时运用BP神经网络训练软磁干扰下的磁航向与真实航向之间的非线性关系,降低了非线性误差。通过仿真和实验验证,算法有效地解决了磁力计误差补偿问题,降低了软硬磁干扰对航向角的影响,得到较精确的航向角,误差范围在±1°内,证明了改进误差补偿算法的可行性和有效性。     

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。     

激光陀螺捷联惯导系统的模观测标定方法

为了减小转台误差对激光陀螺捷联惯组（SIMU）标定精度的影响,采用模观测法设计了正二十面体-12点的位置和速率试验计划。首先,利用在重力场下的12个静态位置标定加速度计的零偏、标度因子和安装误差矩阵;然后,采用外环角速率、中内环双轴翻滚至12点位置来标定陀螺的零偏、标度因子和安装误差矩阵;最后,利用SIMU框架坐标系为桥梁,实现了加速度计和陀螺参数坐标系的统一。仿真分析表明:该方法能有效抑制转台误差对SIMU标定结果的影响,当转台各轴系垂直度误差为角秒级且角位置误差小于1'时,加速度计和陀螺的标度因子相对误差和安装误差矩阵的标定误差均小于10-5,加速度计零偏的标定误差小于10g ,陀螺零偏的标定误差小于0.01（）/h与测量噪声处于同一数量级。     

一种基于Kalman滤波的陀螺误差标定方法

针对微惯性连续测斜装置中陀螺测量精度受噪声干扰、安装误差和零漂的影响,提出了一种基于Kalman滤波的陀螺误差标定方法。以微型石英振动陀螺仪为研究对象,运用Kalman滤波对陀螺的原始测量值进行滤波,分析陀螺零漂随温度的变化关系,结合已有的误差标定模型,得到了一种改进的全温范围内的陀螺误差标定模型。通过实验验证,与传统标定方法相比,提出的陀螺标定方法的测量精度提高了1~2个数量级,验证了该标定方法的可行性,对工程应用具有重要意义。     

船载伺服系统对导航信号的接收与应用

介绍了陀螺罗经、平台罗经和惯导等常见船载导航系统,分析了导航系统向伺服系统提供航向和横、纵摇等姿态信息的情况。阐述了船载伺服系统为实现姿态稳定对导航系统相关信号的需求和误差对伺服系统的影响。论述了航向信号接收的相关转换器选型技术要求和特殊转值过零的软件处理流程。给出了为了实现三轴指向稳定而将将船体姿态信号进行坐标变换的一种简单推导过程。     

基于双轴位置转台的光纤陀螺惯组标定方法

为了简化标定设备,降低标定成本,该文研究了利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组标定的可行性,分析了转台位置误差对光纤陀螺惯组标定结果的影响。分别建立加速度计和陀螺的标定模型,推导出利用双轴位置转台进行标定的相关算法及设计了新的标定方案,且进行了相关实验,对实验数据分析结果表明,利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组的标定,标定值与真值基本一致,方案可行。此外,经实验分析,转台测角误差所引起的标定误差最大为2.42×10-6,数值较小,在实际应用中可忽略。     

微惯性测量单元的标定技术研究

精确的误差标定技术是提高惯导系统精度的重要基础,故在使用前要对惯性测量单元进行标定。根据误差来源建立了陀螺和加速度计的误差模型,提出并推导了一种采用多位置和速率相结合的标定方法。利用多位置试验标定出加速度计的零偏、标度系数、安装误差,陀螺的零偏以及与加速度有关的误差系数,利用正负对称的速率试验法标定出陀螺的标度因数和安装误差。将算法进行仿真验证,能有效减少误差,具有一定的工程应用价值。     

改进型自抗扰控制技术在电罗经直航向误差建模中的应用

为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用高阶AR模型对电控罗经随机误差进行建模和预测,将之与自行设计的改进型自抗扰控制技术相结合,实现模型的抗扰动处理。通过与标准自抗扰控制器和H∞Kalm an滤波器进行对比表明,采用改进型自抗扰控制技术与高阶AR模型结合的方法较为有效地抑制了电罗经航向随机误差,为减小电罗经直航向误差提供一种行之有效的方法。     

激光陀螺捷联惯性导航系统IMU误差标定

针对激光陀螺捷联惯性导航系统惯性测量单元(IMU)误差标定对转台精度、基座对北和调平要求较高,以及系统工作时激光陀螺抖动、长时间工作温度升高、算法复杂等因素,提出了以速度为观测量,采用以最小二乘拟合法的系统级标定法。通过三轴转台多位置测量：静止 转动 静止,快速辨识三轴激光陀螺和三轴加速度计正交安装误差、传感器零偏、刻度因子等24个误差参数,整个标定过程时间约2 h,多位置对准航向、横滚、俯仰测试精度优于0.012°。实验表明,采用该方法算法简单,操作过程便捷,可以有效提高激光陀螺捷联惯性导航系统IMU精度。     

基于平方根差分滤波的动中通姿态稳定方法

为了隔离载体扰动对天线指向的影响,研究了单基线GPS和微惯性传感器组合的低成本姿态估计及稳定方法。该方法以四元素和陀螺误差作为状态变量,根据陀螺角速率信息、加速度计的重力场信息和单基线GPS航向信息分别建立状态方程和量测方程,设计具有不同测量周期的平方根差分滤波分别融合惯性传感器和GPS信息,解决了加速度计与单基线GPS航向信息输出频率不一致问题;利用估计出的姿态角在角位置环路上对天线进行捷联稳定,隔离载体扰动。仿真结果表明,平方根差分滤波能有效估计出载体姿态,利用中等精度的微惯性器件可以满足动中通姿态稳定的需求。     

一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法

针对传统的磁罗盘补偿方法计算量大、需要标定设备的问题,提出了一种利用陀螺仪相对航向辅助校准的方法。在分析磁罗盘误差的基础上建立了误差模型,采用梯度下降法解出姿态信息对磁场数据进行倾斜补偿,在陀螺仪相对航向角的辅助下,采用最小二乘法拟合经过倾斜补偿后的磁场数据求解出误差模型的系数。实验数据表明,该算法能够有效的对磁罗盘误差进行补偿,可以将磁罗盘的航向角测量误差控制在1°之内。     

一种基于双轴位置转台的IMU快速标定方法

为了简化标定设备,降低标定成本,该文研究了利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组混合标定的可行性。通过分析加速度计和陀螺的标定原理,提出了一种快速六位置标定方案。利用地球重力加速度和自转角速度对加速度计和陀螺进行误差激励,完成标定。首先建立了标定模型,其次设计了位置编排方案,最后进行了实验验证。实验结果表明,快速六位置法能实现加速度计和陀螺误差参数的快速标定,其中标度因数的标定精度与传统方法基本一致,安装误差和常值漂移的精度相对于传统标定方法有所降低,但满足低精度的光纤陀螺惯组的使用要求;同时,与传统标定方法相比,其标定时间由4.5h减少至2h。     

MEMS陀螺混合误差标定方法研究

微机电系统(MEMS)陀螺仪具有尺寸小,可靠性强的特点,已广泛应用于各种微姿态仪中,而陀螺的安装误差是影响姿态仪输出精度的主要因素之一。现有的陀螺安装误差模型是建立在确定的刻度因子和零偏基础上,但实际应用中,陀螺的刻度因子存在误差,且零偏随温度和转速发生变化。该文提出了一种改进的误差标定和补偿方法,并针对模型中MEMS的零偏温度和转速非线性误差问题,运用BP神经网络,实现了模型零偏动态补偿。实验表明,采用该文提出的标定方法,陀螺的角速率误差由1.5(°)/s提高至0.05(°)/s。验证了标定方法的可行性。     

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。     

激光陀螺IMU的不水平指北标定方法

激光陀螺捷联惯组(SIMU)标定是惯性导航的前提,标定结果的好坏将对惯性导航精度产生直接的影响.根据激光惯性组合(IMU)的误差方程,在激光捷联惯性组合不水平指北情况下,通过12位置的标定方法,抵消地速及重力加速度的影响,从而得出加速度计的误差参数和激光陀螺的常值漂移;然后通过单轴转台,标定出陀螺的安装误差和标度因数.此方法可满足激光陀螺IMU的标定要求.本方案利用最少的测试位置,方法简单,得到了所有需要的信息,利用率高.     

无位置输入的姿态航向算法研究

针对姿态航向参考系统中出现的无法装订初始位置信息,不能实时计算飞行器位置信息,引起的地球自转角分量误差无法补偿问题,提出了将速度和姿态误差方程中有关位置项进行简化的方法.简化后的姿态误差方程所造成的误差等效为陀螺漂移的思想,从理论上分析了简化算法因无法补偿位置项和地球自转角分量而造成的误差,设计了基于姿态角的内阻尼卡尔曼滤波器,估计陀螺漂移,修正姿态误差.实验结果表明,对于漂移为10 (°)/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°.     

基于开关扩展卡尔曼滤波的姿态估计

针对低成本动中通系统中的姿态估计问题,提出一种开关扩展卡尔曼滤波算法。以 无航向角的姿态更新算法为基础,根据微机械陀螺和加速度计分别建立系统状态方程和测量 方程。针对机动加速度的影响,设计了三维开关扩展卡尔曼滤波方程,对载体姿态角和陀螺 零偏进行实时估计。实验结果表明,该算法能够准确估计载体姿态和陀螺零偏,姿态角估计 误差小于0.5°,俯仰角和横滚角估计误差的方差分别为0.130 1°和0.140 5°, 两轴陀螺零偏误差均值均小于(2×10-4) °/s,能够满足动中通的应用要求。     

一种基于双轴位置转台的现场标定方法

针对激光陀螺捷联惯性测量单元(LSIMU)的系数会随时间变化的问题,基于双轴位置转台提出一种激光陀螺的现场标定新方法。该方法在3个位置对激光陀螺进行标定,根据其标定模型建立9个方程,通过正反旋转消除地球自转角速度在非转动轴上的影响,以及常值漂移在各个输出轴上的影响,最后求解出激光陀螺的标度因数和安装误差。实验结果表明,该方法可在缺乏高精度速率转台的条件下完成激光陀螺的标定,其精度与传统实验方法精度相当,缩短了标定时间。     

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。