两轴地磁信号修正的陀螺姿态算法

目前捷联式惯导系统是惯性技术的发展方向,姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,其精度直接影响弹体姿态控制能力,为此文中提出了一种采用三轴MEMS陀螺进行姿态探测,并用两轴地磁信号解算出的滚转角修正陀螺累计误差的方案,仿真分析了地磁陀螺信号组合测姿算法。结果表明:该方案相对于单纯陀螺信号解算姿态角精度高,可用于改善测姿结果。     

跟踪微分算法在半捷联稳定平台中的应用研究

以半捷联稳定平台技术研究为背景,分析了快速准确获得导引头角速度的重要性,介绍了跟踪微分算法的工作原理,通过数学仿真和导引头平台实验,将经典微分算法、跟踪微分算法的输出信号相比较,并将跟踪微分器输出信号与速率陀螺输出信号进行对比。结果表明,跟踪微分算法具有良好的微分和抗干扰能力,可行性较强。     

方位捷联平台速率陀螺动态误差模型试验方法研究

建立方位捷联平台速率陀螺的误差模型,提出了在 H_2范数意义下采用正交多项式逼近算法,估计方位捷联平台速率陀螺的动态误差模型。并研究了平台偏离水平面时的处理方法。试验结果表明该方法具有较好的准确性,采用方位捷联平台惯导系统的某导弹靶试结果,证明其工程实用价值是显著的。     

捷联制导弹药制导与控制系统设计与仿真

根据单兵武器捷联导引头的特点,提出一种弹体追踪和比例导引相结合的制导律。利用导引头的误差角信号和姿态陀螺的姿态信号,通过微分网络提取弹目视线角速率,实现比例导引部分,误差角信号作为姿态驾驶仪的输入完成弹体追踪部分。其次,利用根轨迹方法给出一种姿态驾驶仪设计方法。通过数学仿真可以证明,该制导律和姿态驾驶仪相结合,可实现精确命中目标,并具有良好的动态特性。最后,为论证MEMS陀螺和惯性陀螺等实现姿态驾驶仪的可行性,提出半实物仿真试验方案,作为理论设计进一步的验证手段。     

视线角辅助捷联惯导组合导航系统研究

被动雷达导引头在飞行过程中接收地面路标或已知目标的信号,可测得视线高低角、方位角,这两个角度信息具有辅助惯导的潜力.文中采用卡尔曼滤波算法,建立了雷达导引头视线高低角和方位角辅助惯导的模型.仿真结果表明,利用该视线信息可辅助捷联惯性导航系统(SINS),构建被动雷达导引头/捷联惯导系统,可以提高惯导的姿态精度,并对位置、速度有一定的抑制作用.     

利用捷联导引头信息实现脉冲比例导引

在简控条件下实现精确制导是灵巧子弹研制中的重要问题.根据弹栽捷联成像导引头和脉冲发动机控制系统的特点,设计了一种基于零效脱靶量概念的直接利用捷联导引头测量信息的末制导方法.该方法通过将速率陀螺和捷联导引头测量信息在速率层面上融合,可在弹体系下得到脉冲比例导引律所需要的制导信号,这避免了在提取惯性系下视线角速率时由不同坐标系多次转换带采的信息损失.利用六自由度动力学模型对末段弹道进行了仿真.结果表明,在理想情况下该文方法可以实现子弹对地面固定目标的精确打击.     

捷联多模导引头弹体角运动解耦设计

捷联导引头输出的信号中耦合有弹体姿态角运动信号,不宜直接用于弹体控制。文中采用直接安装在导引头上的速率陀螺输出的弹体角运动信号对雷达输出信号进行解耦,并针对多模导引头给出解耦电路。     

捷联雷达导引头天线平台角稳定技术研究

针对传统速率陀螺平台在小型雷达导引头上应用的局限性,分析了捷联式天线平台系统特点。基于多级坐标变换,对捷联式天线平台角速度稳定算法进行了研究,且采用角度卡尔曼滤波和多普勒跟踪回路的信息估算出目标视线角速度。仿真结果表明,多级坐标变换算法能有效保持天线平台捷联稳定,采用卡尔曼滤波和多普勒跟踪回路的信息估算目标视线角速度精度高、计算量小。     

半捷联导引头稳定平台的双环滑模变结构控制

为了使半捷联导引头系统在多种扰动和不确定性因素的环境下仍然具有很强的鲁棒性,建立了导引头半捷联稳定平台数学模型,通过分析干扰力矩和弹体扰动及本身结构参数的变化对半捷联稳定平台的影响,提出了双环滑模变结构控制器设计方案。理论推导和仿真结果表明:双环变结构控制对弹体扰动和干扰力矩具有很强的鲁棒性,对系统结构参数具有较好的自适应性,在有精确角位置传感器硬件保障和优良的微分算法条件下可望在半捷联导引头稳定平台伺服回路中获得应用。     

微机电系统陀螺仪随机漂移误差建模与滤波研究

随机漂移是微机电系统(MEMS)陀螺的主要误差,建立其数学模型并在输出中加以补偿是抑制该项误差、提高MEMS陀螺精度的有效方法。采用Allan方差对MEMS陀螺实测数据进行了分析,并采用时间序列分析法建立了随机漂移模型。根据建立的漂移模型,就如何利用Kalman滤波抑制随机漂移误差进行了分析和研究。     

基于卡尔曼滤波的陀螺仪阵列技术研究

多个相同型号的陀螺仪测量轴相互平行,测量同一个角速度信号所组成的阵列叫做陀螺阵列。通过研究陀螺阵列提高惯性测量精度的信息处理算法,建立单个微机电（MEMS）陀螺仪的两种不同漂移模型,利用Allan方差对漂移系数进行辨识,将辨识出的随机漂移系数应用于卡尔曼滤波。通过卡尔曼滤波将陀螺阵列的信息融合为一个较高精度的输出,证明了卡尔曼滤波的稳定性。通过实验对比了不同建模方法的优劣,并且验证了基于卡尔曼滤波的信息融合方法可以有效提高MEMS陀螺仪的精度。     

陀螺光学耦合导引头在机动弹头中的应用技术研究

给出了激光末制导机动弹头系统原理.对陀螺光学耦合导引头进行了全面地分析,建立了导引头数学模型,包括定位原理模型和导引控制模型.对陀螺光学耦合导引头在末制导机动弹头中的应用尤其是对比例导引律的实现进行了论述,为下一阶段末制导机动弹头的仿真研究提供了有效依据.     

卡尔曼滤波在陀螺漂移时间序列模型中的应用

针对MEMS陀螺精度不高、随机漂移过大,提出了一种提高精度的方法。利用时间序列分析法建立模型,用Matlab进行参数估计及检验,最后基于该模型设计了卡尔曼滤波器对其进行误差补偿。对某三轴MEMS陀螺的实测动态数据运用上述建立的模型和滤波方法进行仿真。结果表明:该方法有效的减小了随机误差,明显的降低了随机漂移,从而提高了导航精度。     

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。     

陀螺稳定平台自适应分层滑模速度控制

为了消除高精度陀螺稳定平台系统中的非线性因素对系统控制的影响,设计了一种自适应分层滑模速度控制器。结合某小型电视跟踪导引头中的陀螺稳定平台实际系统,首先,介绍了稳定平台系统的控制结构,具体分析了陀螺速度闭环的工作原理,以及系统中影响速度控制性能的主要非线性因素。其次,针对系统特点,结合滑模控制强鲁棒性的优点,在速度闭环中设计了分层滑模控制。在边界层内,采用了积分增益型滑模控制。在边界层外,采用了带有灰色预测控制项的滑模控制。针对滑模控制中扰动量无法准确确定的问题,设计了自适应调整方法实时估计扰动量的大小。最后,利用Lyapunov方法证明了该方法的稳定性。在导引头稳定平台上实验表明,同PID控制相比,该滑模速度控制器能够有效消除系统非线性因素的影响,改善了闭环速度揎制的性能,提高了稳定精度。同时,与比例滑模控制相比,该方法有效减弱了抖振现象。     

基于ADAMS和Matlab的陀螺稳定平台机电联合仿真

建立了导引头陀螺稳定平台的机械系统和控制系统模型,并利用ADAMS和Matlab等软件对该机电系统模型在不同的外部载荷与扰动下进行了机电联合仿真;仿真结果证明了机电联合仿真能够很好地反映系统的特性,为机电系统的研制、改进提供了重要的参考依据和试验数据。     

多位置对准技术在挠性陀螺捷联系统初始对准中的应用研究

在挠性陀螺捷联系统中,初始对准是影响系统输出精度的重要环节.本文针对挠性陀螺捷联系统的特点,将多位置对准技术应用于挠性陀螺捷联系统,利用分段定常系统可观测性分析理论对系统多位置对准的可观测性进行了全面研究,并采用卡尔曼滤波方法,对姿态误差角和惯性测量元件误差进行了估计,给出了两位置及三位置的方差仿真曲线.仿真结果表明,最优两位置对准不但可以使系统成为完全可观测,而且可以减小对准误差.最优三位置对准可以加速垂直陀螺漂移估计误差的收敛速度,将多位置技术应用于挠性陀螺捷联系统可以提高系统的对准、标定精度.     

采用弹体追踪导引律的旋转弹锥形运动稳定性

针对旋转弹采用捷联导引头和弹体追踪导引律时可能导致锥形运动失稳的问题，推导了捷联导引头在非旋转弹体坐标系下的动力学模型，建立了复数形式的弹体追踪制导控制系统数学模型；在不同弹体转速及阻尼回路增益情况下，分别考虑导引头响应延迟和陀螺标度因数误差，分析了上述制导控制系统的稳定性，并使用数值方法求得使其稳定的特征参数取值范围。研究结果表明：导引头延迟角越大，使系统稳定的制导回路增益上限越小；陀螺标度因数误差系数大于1时，使系统稳定的制导回路增益上限会变大，当陀螺标度因数误差系数小于1时，使系统稳定的制导回路增益稳定上限会变小。     

惯性导航技术的发展及其应用

惯性导航技术,通过陀螺和加速度计测量载体的角速率和加速度信息,经积分运算得到载体的速度和位置信息.包括平台式惯导系统和捷联惯导系统.平台式惯导系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度.捷联惯导系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵,把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算.该技术的发展和应用趋势,以惯性导航和GPS卫星导航的组合导航最为典型.     

误差源对半捷联导引头信息提取精度的影响

针对导引头半捷联稳定平台设计过程中存在的各项误差及其影响问题,首先分别基于空间角度关系及四元素法,建立了半捷联平台角速度及框架角控制模型;进而以角速度指令转换、角速度测量及匹配滤波为主要误差源,分析了对稳定平台控制与角速度信息提取精度的影响机理,并进行了仿真计算.研究结果表明,平台框架角速度测量误差受其它误差源的影响较小,位置传感器微分后的测速误差对视线角速度测量误差的影响较大,半捷联导引头的稳定性能主要取决于校正控制回路的设计和匹配滤波器的设计,而匹配滤波器将决定平台稳定的精度及隔离度水平.