组合式INS/GPS系统展望

一种新式飞机导航系统可望广泛用在军用飞机上,它把惯性技术和全球定位技术结合起来,以便发挥各自独特的优势。由于GPS接收机的尺寸显著减小及环形激光陀螺技术的发展,这种嵌入式GPS惯性系统(EGI)已成为可能,并可能使这种EGI系统的质量不到11.340kg,约为常规惯性系统与原有GPS接收机不组合在一起时总质量的1/4。除了尺寸小、质量轻和功耗低外,EGI系统能够为军用飞机提供加密的P码信号。     

惯性/卫星组合导航半实物仿真系统设计

组合导航系统的理论研究已经相对成熟,但对理论研究的结果难于验证.利用跑车试验完成惯性/卫星组合导航系统半实物仿真试验,对组合导航研究的理论与应用研究具有重要的意义.介绍了惯性/卫星组合导航系统的基本构成,叙述了惯性/卫星组合导航半实物仿真系统研制的思路、构成和半实物仿真系统的工作流程,并给出了惯性/卫星组合导航系统的试验结果.     

激光陀螺-GPS组合式导航系统

以霍尼韦尔公司的环形激光陀螺(RLG)为基础的惯性参考系统(IRS)和导航系统(LASERNAV)运行效果极佳,这两个系统特别适合运输机和商用飞机,因而被指定为机载标准设备。从标准定位局得知:GPS 可望1987年投入民用航空使用。因此,霍尼韦尔公司正针对空中运输和商业航空市场,准备筹建一条激光陀螺-GPS 组合式导航系统产品生产线。实际上,这种组合式导航系统是在完全保持GPS 和惯性参考系统各自功能的原则下,将它们组装在一个激光陀螺参考装置(LRU)内而成。本文将按航空电子设备的 ARINC700系列阐述这种组合式导航系统的组成部分及其系统结构。系统结构的基本特点是在保持原惯性参考系统完整性的同时,还能提供纯惯性、自主式 GPS 和受 GPS 约束的导航输出。本文介绍了GPS 接收机特点、框图和信息获取技术,导航滤波器算法(求解自主式 GPS 导航方程、GPS/惯性混合导航方程,以及惯性器件的校正数据)。还详细介绍了在 GPS自主工作模式中采用时钟校准和辅助高度控制技术,尽可能减少不良几何条件和卫星暗区的影响。文章对组合式导航系统中有关完整性监视系统的特殊结构以及美国航空管理局的鉴定情况也进行了讨论。     

旋转弹导航系统研究

旋转弹自转角速度大,由陀螺仪和加速度计组成的传统导航系统难以应用,提出用微小型加速度计构成无陀螺微惯性测量单元GFMIMU(Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement U-nit)为旋转弹提供完整的导航信息。根据无陀螺的测量原理,充分利用多个加速度计的冗余输出信息构建自滤波系统,抑制GFMIMU角速度误差的快速发散。为克服GFMIMU长时间工作姿态角误差的积累,采用磁强计与其进行组合导航;从解算精度与实时性考虑,基于四元数描述建立了该组合寻航系统的状态方程和观测方程,并采用二阶插值滤波器进行信息融合。最后,对所设计的组合导航系统进行系统仿真,仿真结果验证了该系统设计方案的可行性。     

激光陀螺惯性组合综合性能自动测试系统的设计与实现

介绍了激光陀螺惯性组合综合性能自动测试系统的总体设计方案,并分别说明硬件和软件的具体实现方法。该测试系统通过与被测激光陀螺惯性组合在电气上的直接连接,能够自动完成激光陀螺惯性组合的测试和标定工作,并自动分析、处理数据。     

一种新型导航系统在空空导弹上的应用

空空导弹具有重量轻、体积小,工作时间短等显著特点,传统的弹载导航系统主要是捷联惯性导航系统,它包括陀螺和加速度计,将一种新型导航系统——无陀螺捷联惯导/GPS组合导航系统应用到空空导弹领域;无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)中只包含有加速度计,基于一种九加速度计配置方式,推导了GFSINS系统方程,并给出了导航系下GFSINS/GPS组合导航系统的卡尔曼滤波方程;仿真结果表明:GFSINS/GPS组合导航系统应用到空空导弹领域具有可行性。     

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。     

Loran-C/INS组合导航系统在飞航导弹上的应用

建立了用于飞航导弹导航的Loran-C/INS组合导航系统的状态方程和测量方程,并设计了Loran-C/INS系统的次优卡尔曼滤波器。以某地区Loran-C台链为例,针对均方根值为0.1°/h和0.01°/h的陀螺漂移,将飞航导弹的动力学特性看作一阶惯性环节时,对组合系统的导航效果进行了仿真分析,结果显示LoranC/INS组合导航系统能提供较高精度的导航信息,具有较好的应用前景。     

惯性/星光组合导航应用与发展

对惯性／星光组合导航技术进行了综述,描述了惯性／星光组合导航基本原理、工作模式以及关键技术,阐述了惯性／星光组合导航技术优势,介绍了惯性／星光组合导航系统的典型应用,最后指出了惯性／星光组合导航的发展方向。     

基于惯性系下陀螺误差在线估计修正的惯性与星光组合导航方法

传统惯性与星光组合通常需要将惯性系下的星光姿态信息转换到导航坐标系进而与惯性导航系统进行姿态组合,由于姿态信息转换过程中通常需要引入地理位置信息实现转换,从而不可避免地引入转换误差,无法充分发挥高精度星光姿态信息对惯性导航误差的修正作用。考虑到陀螺原始输出信息和星光姿态信息均能直接在惯性参考坐标系下测量获得,设计了一种基于惯性系下陀螺误差在线估计修正的惯性与星光组合导航方案。通过建立基于惯性系下陀螺误差估计修正的惯性与星光组合导航数学模型,直接在惯性系下对陀螺漂移误差进行在线开环跟踪估计;通过对陀螺误差实时修正,能够有效减小由于陀螺漂移所带来的惯性导航系统解算误差。仿真结果表明,该方案能够有效估计出陀螺的漂移误差,进而有效提高了惯性导航系统精度。     

JDAM导航技术综述

以联合直接攻击弹药(Joint Direct Attack Munition,简称JDAM)为线索,介绍精确制导武器的发展过程,描述了JDAM精确打击流程,对JDAM开发中的关键技术:任务规划、捷联惯导、传递对准、组合导航等进行研究和分析,为我国精确制导武器的研制提供了一种发展模式和借鉴经验。     

捷联惯导/天文组合导航

为了有效提高惯性导航精度,文中介绍了一种基于星敏感器的捷联惯导组合导航方法。首先分析了捷联惯导／星敏感器组合导航系统的工作原理。其次,对组合导航系统进行建模,分析系统误差,通过捷联惯导和星敏感器的输出构造量测值,建立系统的误差状态方程和量测方程。最后,利用间接卡尔曼滤波,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。最终,通过对仿真结果的分析证实了该方法的有效性。     

采用渐消卡尔曼滤波器防止捷联惯导系统滤波发散研究

为了有效防止捷联惯导系统滤波发散，从卡尔曼滤波原理出发并对滤波发散的原因进行了研究，介绍了渐消卡尔曼滤波原理、遗忘因子等内容，通过对渐消因子的推导及计算机仿真，给出了常规卡尔曼滤波器和渐消卡尔曼滤波器对系统进行滤波的结果比较．该结果表明，采用渐消卡尔曼滤波器工程实践上确实可以解决的捷联惯导系统滤波发散的问题．     

捷联惯导系统级余度技术研究

为了防止捷联惯导系统由于长时间工作而导航精度变差，对导航系统之间的互补性进行了研究，介绍了SINS／GPS与SINS／DNS两套综合导航系统方面的内容．通过对系统误差、性能的分析及仿真，给出了组合导航子系统的故障检测与隔离算法．该结果表明，采用组合惯导余度技术在工程实践上确实可以解决捷联惯导系统长时间工作而导航精度变差的问题．     

一种无主惯导参数注入的姿态角在线修正算法

现役轻型鱼雷敏感元件多采用框架式陀螺,而从框架式陀螺到捷联惯性技术的更新换代,给在役鱼雷发射平台武器发控系统接口带来一系列问题。基于此,研究了一种姿态在线修正算法,该算法射前无需发射平台注入导航参数信息,射后根据加速度计提取姿态角,于鱼雷定常运动段对航姿误差进行在线修正,以达到稳定控制的目的,并能够保持原有发射平台武器发控系统接口不变。仿真结果表明,该算法极大地缩短了鱼雷在发射载体平台上的准备时间,保证了轻型鱼雷在航行过程中的姿态稳定控制要求。     

发射系下SINS/GPS 组合导航系统的算法研究

基于地理坐标系下的传统捷联惯性导航系统无法直接获取发射系下的导航参数,难以满足空天飞行器等高轨道飞行器对高精度、高可靠性导航系统的需求,研究了发射系下捷联惯性导航算法.搭建了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SINS/GPS组合导航模型,传感器获取的导航量测信息直接在发射系下进行捷联惯导解算,为飞行器等提供位置、姿态等信息.采用STM32、XSENS惯性器件和GPS接收机构建相应的算法验证平台.实验结果表明:发射系下的SINS/GPS组合导航系统能提供较高的导航精度,从而验证了发射系下的SINS/GPS组合导航系统算法的正确性与合理性.     

捷联惯导/里程计高精度组合导航算法

针对里程计(OD)刻度系数误差和惯导安装误差角对车载捷联惯导(SINS)/OD组合导航系统的影响,重新推导并建立了新的量测方程,在此基础上加入故障检测的方法,从而构成了新的组合导航算法。该组合导航算法能够有效地提高组合导航精度,及时准确地检测出量测故障;同时该组合导航算法同样适用于车辆运动学约束辅助导航模式,为OD发生故障时提供了一种容错方案。仿真结果验证了该算法的有效性。     

一种长航时捷联惯导系统单点综合校正方法

针对长航时捷联惯导系统的误差发散问题,提出一种基于惯性系的单点综合校正方法。采用GPS提供的位置信息和天文导航提供的航向信息构成外观测量。在建立动态误差模型过程中,利用外观测量信息对系数矩阵中的经度、纬度误差及天向失准角进行修正。相对于由惯导系统解算值确定系数矩阵的传统综合校正方法,该方法误差模型中系数矩阵的精度仅由外观测量信息精度决定,不引入惯导系统解算误差。该方法无需对载体运动进行限制,且陀螺常值漂移的估计精度不受校正间隔的影响。仿真结果表明了该方法的有效性。     

单轴旋转捷联惯性导航系统加速度计尺寸误差标定方法

加速度计尺寸误差在载体角运动情况下,会造成捷联惯性导航系统导航解算误差,这在单轴旋转捷联惯性导航系统中尤为显著。为提高导航精度,提出一种新的加速度计尺寸误差标定方法。通过分析单轴旋转调制下尺寸误差的作用机理,建立导航误差与尺寸误差的数学模型;为进一步提高标定效果,引入加速度计等效误差作为扩展观测量,利用可观测性分析方法设计具体的标定路径,通过滤波获取尺寸误差参数。仿真和实验结果表明,相比仅以速度误差为观测量的方法,该方法可以实现对加速度计尺寸误差的更高精度快速标定,导航速度解算误差可降低约50%.     

光纤捷联惯导系统温度效应补偿研究

光纤捷联惯导系统中的惯性器件零偏及标度因数受温度变化影响异常显著,文中提出了一种光纤陀螺和加速度计零偏及标度因数的温度效应补偿模型,该模型中参数取值通过全温范围内的转台试验获得,通过对导航试验结果分析表明,文中补偿模型能够有效地降低捷联惯导系统误差,提高导航精度.