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.     

捷联惯导系统复杂误差参数系统级标定方法

重点研究捷联惯导系统复杂误差模型的建立,提出了一种新的包含加速度计内杆臂参数和温度误差系数的系统级标定方法。该方法基于45维卡尔曼滤波器对误差参数进行辨识估计,并通过温度控制试验箱控制标定过程中的温度变化。仿真实验表明该方法能够同时标定出激光陀螺和加速度计的零偏、标度因数误差、安装误差以及加速度计的内杆臂参数和温度误差系数。导航实验结果表明,对标定参数进行多误差源补偿之后,10 h导航实验水平最大定位误差为0.6 n mile （1 n mile=1.852 km）,相较于不经过补偿,导航精度提升了37.5%。     

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.     

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。     

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。     

基于灰色预测理论的NGIMU角速度误差补偿方法

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺惯性测量组合(NGIMU)实现制导的.针对NGIMU中加速度计安装存在位置偏差和角度偏差的实际情况,基于灰色预测理论,提出了一种角速度误差补偿算法.算法利用加速度计的输出得到了上述情况下的角速度误差补偿公式,在传统算法中采用灰色预测方法对角速度进行补偿.最后基于提出的一种九加速度计NGIMU配置方案,组建了实验系统,进行了角度测试实验.实验结果验证了方案的可行性,同时在测试角度为±100°时,经算法补偿后测试精度可提高3°~4°.     

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.     

激光陀螺捷联惯性导航系统的精密温控设计与验证

在激光陀螺捷联惯性导航系统的工作过程中，外界环境温度的变化会对系统内加速度计的测量精度产生干扰，进而影响导航精度。因此为了提高捷联惯性导航系统的导航精度，需要对其工作环境进行精密的温度控制。根据对捷联惯性导航系统中加速度计的热学分析，可以得知当温控精度达到 0.01 ℃时，加速度计的输出精度可以达到 1×10^-5 m/s² 。本文对加速度计的误差特性进行了理论分析，同时搭建了一套多级精密温度控制系统，通过理论分析与基于实际温控系统的实验，验证了温度控制的理论并且研究了其在不同工作环境下的工作性能。     

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。