采用线性模型的惯导平台测试方法

针对惯导平台非线性测漂模型的缺点,提出了以惯导平台加速度计输出为观测量的线性化测漂模型.给出了一种利用三轴转台对平台测试的6位置测试方案.该方案由高精度三轴伺服转台提供测试位置,并使惯导平台与转台闭环工作,处于惯性稳定状态.转台的应用提高了多位置测量时平台测试的位置精度.建立了包含陀螺仪漂移、加速度误差系数等在内的平台模型,利用最小二乘算法对线性化模型误差参数进行辨识.仿真结果表明,辨识方案是可行的.     

基于线性模型的惯导平台测试方法研究

针对惯导平台非线性测漂模型的缺点,提出了以惯导平台加速度计输出为观测量的线性化测漂模型。给出了一种利用三轴转台对平台测试的6位置测试方案。该方案由高精度三轴伺服转台提供测试位置,并使惯导平台与转台闭环工作,处于惯性稳定状态。转台的应用提高了多位置测量时平台测试的位置精度。建立了包含陀螺仪漂移、加速度误差系数等在内的平台模型,利用最小二乘算法对线性化模型误差参数进行辨识。仿真结果表明,辨识方案是可行的     

基于卡尔曼滤波的主子惯组匹配标定方法设计

针对惯性器件各项误差参数随工作时间发生不确定漂移,影响导航精度,而传统分立式标定方法过度依赖转台性能与测试环境,系统级标定方法存在误差参数滤波收敛速度慢、标定时间过长甚至滤波器发散等问题,本文在低精度转台上外接高精度惯组信息源,利用卡尔曼滤波实现主子惯组匹配标定,同时针对主子惯组匹配标定方法中卡尔曼滤波器构建与传感器布控方法进行研究.结果表明,在把速度误差和姿态误差作为卡尔曼滤波器观测量时,系统状态量在较短时间内能得到良好收敛,IMU误差参数能够得到准确估计.将该方法标定补偿结果与低精度转台传统分立式标定补偿结果进行对照实验,结果证明,该方法能使低精度转台的标定精度得到明显提升,补偿后惯组性能得到有效恢复.     

SINS／星敏感器组合导航方案研究

研究了SINS/星敏感器组合导航系统中对陀螺误差和星敏感器安装误差角进行在线自标定的方法。提出了以惯导输出确定的载体相对惯性空间的姿态四元数和星敏感器输出的姿态四元数构造量测的方法。设计了对陀螺随机常值漂移和星敏感器安装误差进行在线自标定的组合导航方案。仿真结果结果表明在简单的俯仰运动和抖翼运动激励下,星敏感器的安装误差估计精度可达到角秒级,姿态精度明显高于忽略星敏感器安装误差的方案。     

激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定

为评估激光陀螺SINS的性能,需对系统中的惯性器件误差,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等,进行系统级标定。提出了卡尔曼滤波校准法,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差。其实现过程包括两步：首先,基于降阶处理思想,利用SINS的静基座测试数据,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量;第二步,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值。卡尔曼滤波校准法的方法比较简单,测试易于实现,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可。另外,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点。卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证。     

基于光纤陀螺ARMA模型的罗经法自主对准工程实现

在完成光纤陀螺捷联惯导系统样机的罗经法初始对准基础上,为进一步提高初始对准的精度,建立3个光纤陀螺仪随机漂移数据的ARMA模型,采用卡尔曼滤波算法进行光纤陀螺仪随机漂移的精确估计.在三轴转台试验中分析了加入光纤陀螺随机漂移ARMA模型前后的罗经法对准精度,得出光纤陀螺ARMA模型能有效地提高初始对准的精度,验证了其在工程应用中的价值.     

组合陀螺测试系统的设计与实现

为提高惯性导航系统的主要性能参数精度,运用IFOG测试标准规范的性能指标测试方法,在PXI硬件测试平台和SGT320E型三轴多功能转台上,通过建立LabVIEW的信号处理模块,设计出了单轴光纤陀螺测试系统.实验结果表明：测试系统实现了光纤陀螺组合的电压/电流监测,电压、电流偏差低于10%;完成了PXI控制系统对转台转速、方向的控制和光纤陀螺的标度因数、零偏、分辨率等性能指标的测试功能,得到测试标度因数精度为±10%,零偏小于0.2°/s,分辨率小于0.03°/s.     

小型惯导系统设计与实现

采用一种基于FPGA的小型惯性导航系统设计方案,分别介绍了系统中导航传感器的选择及系统的结构,设计了基于FPGA的导航计算机,并利用A ltera公司的NIOSⅡ处理器为核心,完成数据采集和处理的功能。通过对硬件结构的描述分析了系统中各个电路模块的功能,给出了各个模块的实现方案,并制作了采用该设计的小型惯导系统。针对M IMU中确定性的系统误差较大的问题,采用一种安装误差角与标度因数解耦的微惯性测量单元精确标定方法,对陀螺仪和加速计进行确定性误差项的补偿处理。通过实验测试,对比原理样机的实测数据与补偿后结果,验证了该惯导系统的可靠性以及补偿方案的可行性.     

船用极区格网惯性导航系统综合校正方法

为抑制适用于极区的船用格网惯性导航系统随时间积累的导航误差,提出一种基于格网坐标系的综合校正方法对陀螺常值漂移进行估计和补偿. 该方法首先基于格网坐标系推导了P方程,该方程建立起位置误差、格网航向误差与平台漂移角ψ的关系;其次推导了ψ方程,该方程建立起陀螺常值漂移与平台漂移角的关系;最后基于P方程与ψ方程设计了一种两点式综合校正方案,该方案通过建立观测量误差与载体坐标系下陀螺常值漂移之间的关系完成对陀螺常值漂移的估计和补偿.系统在外水平阻尼条件下间断地获取两次外部位置和航向信息后对陀螺常值漂移进行估计,进而对位置和格网航向误差重调并补偿陀螺常值漂移即可完成船用格网惯导系统的综合校正. 仿真结果表明:在两次间断的外部位置和航向信息辅助下,所设计的两点校综合校正算法可以准确地估计出载体坐标系下的陀螺常值漂移,补偿陀螺常值漂移并进行系统重调可有效抑制船用格网惯导系统随时间积累的导航误差,从而有效地保证了船舶在极区航行时的导航精度.     

光纤捷联惯导系统的双轴旋转调制方案

针对目前常用的双轴旋转方案对惯性器件的标度因数误差和安装误差的调制不完全的缺点,提出了一种改进的双轴旋转调制方案。该方法通过逐步分析系统的误差传播特性,设计每一转动次序的转轴和转动方向,使前后次序残余的器件误差互相抵消,从而提高了双轴旋转调制的效果,满足了捷联惯导系统自主导航精度的要求。对实验室常用的双轴旋转调制方案和改进的方案进行了对比研究,仿真和试验结果表明,改进的双轴旋转方案的速度误差和定位误差曲线的周期振荡幅值较原方案显著减小,而且误差曲线整体发散的速度也非常缓慢。     

一种基于VINS/FINS组合导航方法

针对视觉惯性组合导航系统中微惯性器件精度偏低,以及足部惯性导航系统航向角误差可观测性差的问题,研究了一种基于上述两种系统的信息双向融合的导航定位方案. 该方法的系统结构由安装于双足步行机器人躯干部分的惯性导航系统和安装于其足部惯性导航系统两部分组成. 惯性导航系统通过视觉同时定位与地图构建数据融合方法可以获得相对准确的航向角,足部惯性导航系统利用零速修正后的位置信息实时修正惯性导航系统中的低精度惯性器件误差,从而构建视觉与惯性信息双向融合的组合导航系统结构. 实验结果表明,该组合导航方案可以有效提高双足步行机器人的航向精度和定位精度.     

基于MEMS与Android智能手机融合的 室内个人导航算法

针对微机电系统(micro-electro mechanical system,MEMS)惯性器件在导航解算中存在较大的累积误差问题,提出了一种基于MEMS惯性器件与Android智能手机融合的室内个人导航算法.导航算法在捷联惯性导航算法的基础上,根据人行走时的运动特点,引入了零速度检测与修正算法来检测人行走过程中的静止状态,并对行人静止时刻的速度和位置信息进行校正,以降低累积误差.导航解算中由于陀螺仪漂移导致获得的行人运动方向角误差较大,故采用MEMS陀螺仪输出姿态信息与Android智能手机中的电子罗盘方向角融合的行人运动方向校正算法来获取行人运动方向,并结合滑动均值滤波算法来进一步校正行人的运动方向,提高导航精度.最后通过实验结果验证了导航累积误差修正算法的可行性和有效性.     

卡尔曼滤波在管道地理坐标定位系统中的应用

针对惯性敏感元件（IMU）采集数据随机误差较大问题,建立了误差模型,应用卡尔曼滤波算法对其进行校正以提高定位精度.利用捷联惯导技术进行管道定位,得出地下管道形状的详细分布,搭建实际电路并对电路进行仿真,对采集的惯性数据用滤波算法进行去噪处理,并且对滤波前后的数据进行比较.结果表明,滤波算法能够有效降低加速度信号中随机误差的影响,可以在短距离内计算出惯性元件运动的轨迹,证明了该检测系统可以通过降低惯性误差的方法来实现对管道地理坐标的定位.     

惯性/天文/卫星组合导航误差在线标定方法

为提高惯性/天文/卫星(INS/CNS/GNSS)组合导航系统长期工作时的精度,推导了基于四元数误差描述的组合导航系统误差状态方程和量测方程,利用分段定常系统(PWCS)定理,分析了不同输入条件下系统状态变量的可观测性和可观测度.结合可观测性和可观测度分析结果,提出了利用星敏感器及卫星导航系统提供的姿态、位置矢量在线标定陀螺仪、加速度计和星敏感器误差参数的方法.可观测性分析和仿真试验结果表明,该方法可以精确在线估计出陀螺仪、加速度计、星敏感器的标度因数、零偏和安装误差,提高惯性/天文/卫星组合导航系统长期在轨工作的精度.     

双滤波器捷联惯导外阻尼导航算法

针对捷联惯导系统导航精度受系统振荡误差严重影响的问题,提出一种基于双滤波器的捷联惯导外阻尼导航算法.该算法设计了两个串行滤波器,第一个滤波器以外速度为参考输入对外部速度作平滑处理并得到捷联惯导系统误差状态估计值,第二个滤波器利用平滑后的高精度外部参考速度,以速度变化量作为外部参考输入进行状态估计,屏蔽速度常值误差对系统的影响,最后,设计信息融合算法,将两个滤波器得到的估计状态进行融合,使得导航结果兼顾双滤波器的优点.仿真验证表明:存在外速常值误差时,相较于滤波器2而言,经过信息融合后的导航误差的地球振荡误差收敛速度明显加快,其短期精度得到显著提高;相较于滤波器1而言,经过信息融合后,其稳态导航精度得到显著提高;该方法具有较高的稳态精度,可缩短外阻尼系统误差收敛时间,有效提高捷联惯导系统导航精度.     

一种RVM的INS参数长期稳定性预测与补偿方法

为提高惯导系统参数长期稳定性,降低人工标定成本,增强惯导系统使用效能,提出一种基于相关向量机的惯导系统参数长期稳定性预测和补偿方法,选择均值和标准差作为参数稳定性的性能指标.而对于均值随时间变化具有明显规律的参数,采用RVM方法对存贮时间较长的参数稳定性均值进行回归建模,根据模型对存贮时间较短的参数稳定性进行性能预测和标定参数补偿．最后对惯导系统中重要参数加速度计标度因数长期稳定性进行建模预测和参数补偿,补偿后结果显示,间隔时间约6个月的参数稳定性均值性能提高了50.90％,验证了所提方法具有很好的实际应用价值,且表明使用该方法能够代替人工标定,以增强惯导系统使用效能．     

Method of Improving the Navigation Accuracy of SINS by Continuous Rotation

A method of improving the navigation accuracy of strapdown inertial navigation system (SINS) is studied. The particular technique discussed involves the continuous rotation of gyros and accelerometers cluster about the vertical axis of the vehicle. Then the errors of these sensors will have periodic variation corresponding to components along the body frame. Under this condition, the modulated sensor errors produce reduced system errors.Theoretical analysis based on a new coordinate system defined as sensing frame and test results are presented, and they indicate the method attenuates the navigation errors brought by the gyros‘ random constant drift and the accelerometer‘s bias and their white noise compared to the conventional method.