无陀螺捷联惯导系统现状及发展研究

结合国内外的研究文献,对无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS)的研究进行总结,分析了其导航和力学原理.介绍了三种无陀螺惯性测量单元加速度计配置方案,分别就其典型配置进行了重点分析.最后,对该技术的未来研究方向进行了展望.     

捷联惯性测量单元配置方案及比较

在多加速度计测量运动体角运动信息原理的基础上,对无陀螺和单陀螺捷联惯性测量单元的配置方式进行了研究,给出了20多种配置方式;对几种典型配置方式进行了误差分析和比较,得出如下结论:①适当的9加速度计方案和单陀螺方案具有同一数量级精度;②载体转动角速度Ω=10 rad/s,加速度计安装点距载体质量中心距离ρ=20 cm,惯性测量单元连续工作30 s钟情况下,在无陀螺和单陀螺捷联方案中,要求加速度计综合精度约为1.2×10-6m/s2;最后,文章给出了一种新的测量高速三维转动体运动信息的6加速度计无陀螺方案。     

无陀螺卫星姿态确定系统的分散化滤波器设计

针对无陀螺配置的情况下由星敏感器、数字式太阳敏感器和红外地平仪构成的卫星姿态确定系统,提出采用分散化滤波器进行信息融合.设计了多敏感器信息融合的分散化滤波器结构和算法,推导了各个子系统的状态方程和量测方程.仿真分析结果表明,在无陀螺配置的情况下采用分散化滤波器对多敏感器卫星姿态确定系统进行信息融合,能够以较小的计算量实现高精度的信息融合.     

无陀螺捷联惯导系统加速度计安装误差研究

刚体的运动包括线运动和角运动，角运动通常用陀螺仪来测量。研究表明可以用加速度计代替陀螺仪来确定刚体的角运动，其关键是选择加速度计的安装位置和方向，即加速度计的配置方式。分析和推导了基于加速度计的无陀螺捷联惯性测量装置的可行条件，对Chen的6加速度计和一种12加速度计配置方式的惯性装置，给出了加速度计安装误差的表达式和试验标定方法并对安装误差进行了补偿。该项研究对中等精度和较低成本惯性技术的发展具有重要的意义。     

导弹飞行中无陀螺惯导系统的误差分析

导弹飞行时，无陀螺惯导系统存在模型误差和系统误差。通过研究系统的数学模型。分析了系统的模型误差；在一种9加速度计配置方案的研究基础上,采用线性化Kalman滤波。抑制系统误差的积累。仿真结果表明．线性化Kalman滤波对系统误差有较好的抑制作用。     

对无陀螺捷联惯性制导系统中的数值积分方法的讨论

介绍了无陀螺捷联惯性制导的原理和技术，并针对无陀螺捷联惯性制导系统中的数值积分问题进行分析和仿真，对各种积分方法进行了分析和比较，得到了一些有参考价值的结论。     

无陀螺SINS加速度计配置与角速度解算方法研究

文中提出了一种新的由九个加速度计组成的无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS)的配置方案,给出了该加速度计配置的角速度解算方法,通过仿真分析了该配置方案的角速度误差累积.     

船用静电陀螺导航仪方案研究

提出了空间稳定平台结构配置的船用静电陀螺导航仪方案，该方案具有结构简单，体积小，重量轻，无平衡环锁定，全姿态工作的优点。详细地推导了静电陀螺导航仪的基本导航方程，比力方程、速度方程和位置方程。     

无陀螺的GFSINS/GPS组合导航新方法研究

设计了一种可行的加速度计配置方式以构成无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)，并将GFSINS与GPS构成组合导航系统，提出了组合导航系统的实现方案和组合算法。实验仿真结果表明，与无陀螺捷联惯导系统相比．该组合导航系统的精度和容错性能显著提高。     

激光陀螺漂移的非平稳随机信号建模

利用实测的激光陀螺漂移数据，采用时间序列分析和系统辨识方法对陀螺漂移进行深入的分析。研究内容包括陀螺漂移数据的采集、数据的统计分析与预处理、平稳性检验及相关函数分析、模型形式的选取及模型参数的估计、模型的适用性检验等问题。通过以上的分析和研究，最终建立了激光陀螺漂移的数学模型，为激光陀螺漂移的补偿及为惯性组合导航研究奠定了基础。     

捷联惯导系统中补偿安装误差的优化算法研究

在无陀螺捷联惯导系统中。以高自旋弹丸运动姿态测试为研究背景，针对以往解算载体角速度精度不高。导航误差随时间积累较快的问题，提出一种新的十二加速度计配置方案。并在此方案下采用了一种提高角速度解算精度的优化算法，该方法运用阻尼高斯牛顿迭代法对加速度计的安装误差进行补偿修正。进行相应的仿真试验，并与理论值进行误差分析．证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

扩展Kalman滤波算法在GFSINS角速度解算中的应用

为提高无陀螺捷联惯性导航系统（GFSINS）九加速度计配置的角速度解算精度，文中提出使用扩展卡尔曼滤波算法。该方法更精确地估算出角速度的误差，并对角速度进行线性补偿。通过仿真分析表明，该方法可以有效地提高角速度解算精度。     

无陀螺捷联惯性测试研究

制作了九加速度计阵列的无陀螺捷联惯性测量组合实物模型，并进行转台实验，对加速度计输出信号做了初步分析并进行偏置误差校正和滤波处理，发现用处理后的数据进行解算所得的角速度精度明显提高了一个数量级，从而为提高无陀螺惯性测试的精度提供了一种有用的方法。     

捷联惯性测量组合的冗余设计和优化

讨论了捷联惯性测量组合冗余设计方案,并引入性能指标函数、系统有效度约束、系统代价函数,对冗余配置的优化问题进行了研究,寻求最优配置和优化准则.最后以5个单自由度陀螺为例,实现冗余优化配置.     

声表面波陀螺及在惯性导航系统中的应用

介绍了SAW陀螺的基本原理以及输出电压公式,研究了SAW惯性导航系统的基本原理框架,并给出单自由度SAW陀螺的具体配置方案.应用联合卡尔曼滤波及数据融合来处理SAW测量的角速度,提高系统的测量精度,同时应用六陀螺多余度配置方案,提高系统的可靠性及精度.     

基于加速度计的无陀螺惯性测量系统设计

首先，介绍了用加速度计代替陀螺作为惯性测量装置的优势，并介绍了无陀螺测量技术的发展状况。根据实际情况，给出了一种加速度计的配置方式，推导其输出公式。用分度头对各个加速度计进行标定，数据处理后，得到加速度计的灵敏度和零偏。用离心机做转速实验，得到的角速度曲线与设定的相一致，验证了方案的可行性。     

捷联式惯导系统陀螺仪冗余配置研究

主要研究了捷联式惯导系统冗余配置陀螺仪的配置数目、配置结构对导航系统可靠性的影响.同时,分析了在确定陀螺仪数目后,通过优化配置结构可使捷联式惯导系统获得最佳的导航性能和最优的故障检测性能,并导出一些相关的结论.最后以四个双自由度陀螺半八面体配置为例说明了结论的正确性.     

微陀螺零偏在线补偿方法及仿真

由于微机械陀螺零偏重复性和稳定性差，若不能实时跟踪零偏变化，则由此产生的导航误差较大。结合光纤陀螺特点，通过光纤陀螺与微机械陀螺的冗余配置，可以实现基于规则的在线陀螺零偏估计和零偏补偿。补偿后的数据与光纤陀螺数据进行融合，将融合后的数据作为观测值，通过根据机动目标“当前”统计模型和IMU动态模型建立的卡尔曼滤波器滤波进行动态误差和安装误差补偿。仿真结果说明该方法可行有效，能较好地提高数据测量精度。     

激光陀螺捷联导航系统初始对准方法研究

针对激光陀螺捷联导航系统的特点，从理论上分析了卡尔曼滤波法、解析陀螺罗经法和间接估计法3种捷联导航系统常用初始对准方法的特点。并采用某激光陀螺捷联导航系统的实测数据对3种初始对准算法进行了比较研究。结果表明，3种方法的稳态精度基本一致，这和理论分析是相吻合的。间接估计法由于引入了微分，容易受到传感器噪声的影响，超调量很大，收敛速度很慢。解析陀螺罗经对准和卡尔曼滤波由于采用闭环方案，收敛速度要比间接估计法快，更适合激光陀螺捷联导航系统的初始对准。     

光纤陀螺零漂信号的Allan方差分析

介绍了数字光纤陀螺（FOG）零漂实验的设备及环境，在测得特定光纤陀螺静态零漂信号的基础上，运用Allan方差理论对陀螺零漂信号进行定量的分析，得到了光纤陀螺角随机游走、零偏不稳定性、速率随机游走、速率斜坡和量化噪声5个误差源系数的大小，通过对各系数大小的分析，确定出该光纤陀螺在使用中有较大影响的误差源为角随机游走和零偏不稳定性系数，为该光纤陀螺进行各种误差补偿提供了理论依据。