一种激光陀螺捷联惯性导航系统级标定方法

为优化激光捷联惯性导航在卧式三轴转台上的系统级标定方案,设计了卧式三轴转台外环轴整周旋转对惯性测量单元（IMU）误差参数的激励方法。基于捷联惯性导航的误差方程,阐述了速度误差与IMU误差参数间的关系,从而建立IMU系统级标定模型。该模型具有加速度计误差参数仅反应在观测量北向分量、陀螺误差参数仅反应在观测量东向分量的特点,消除了加速度计和陀螺误差参数标定误差的相互影响。根据准D最优准则,设计了正二十面体12点计划的双轴位置单轴速率翻滚法,利用最小二乘法辨识出IMU的24项误差参数。通过给加速度计和陀螺加入不同测量噪声,对IMU标定模型进行仿真,结果表明该方法可抑制加速度计和陀螺的测量噪声对标定结果的影响。     

基于新息自适应滤波的惯性测量单元误差在线标定方法研究

考虑到空天飞行器飞行环境和运动特性下导航传感器误差的噪声统计特性不可能完全精确已知,若使用常规卡尔曼滤波进行在线标定,将会导致滤波精度下降甚至发散。设计一种基于新息自适应滤波方法的惯性测量单元(IMU)误差在线标定方案和算法,克服常规卡尔曼滤波需预先知道噪声统计特性的不足,设计包含IMU安装误差、刻度因子误差和随机常值误差在内的27维高阶状态变量的误差标定模型,分析提出可同时对系统噪声和量测噪声协方差矩阵进行动态调整的新息自适应滤波在线标定算法。仿真验证实验表明,相较于采用常规卡尔曼滤波以及Salychev O自适应滤波算法进行在线标定,所设计的新息自适应滤波在线标定方法能更有效实现对IMU误差的动态标定及补偿,进一步提高了惯性导航系统精度。实物验证实验表明,该方法可有效标定IMU误差残差,提高导航精度,为工程应用带来较大便利。     

惯性测量组合零偏的一种现场标定方法

高精度的惯性测量组合(IMU)中,现场标定零偏十分必要.基于输入输出模相等的原则,推导出一个IMU零偏的多位置现场标定方法,该方法是无偏的,且对重力加速度误差不敏感.证明了三个标定位置定理,指出IMU零偏的现场标定至少需要四个位置且IMU测量矢量的顶端不能在同一个平面内,给出了四位置标定精度最高的条件.仿真证明了标定方法的可行性和标定位置定理的正确性.     

用火箭橇测试数据来鉴定先进惯性基准球惯性测量装置的精度

1981年～1982年,在新墨西哥州霍洛曼空军基地进行了一系列火箭撬试验。火箭橇上带有一台预先研制阶段的先进惯性基准球(AIRS)惯性测量装置(IMU)。将来自 IMU 的遥测数据与来自霍洛曼空军基地空间/时间测量系统的数据相结合,以鉴定 IMU 性能。研究了鉴定方案,以便为校准误差源修正 IMU 数据;用空间/时间数据去同步 IMU 数据,并计算出轨道比较量。这些轨道比较量作为卡尔曼滤波器估算法的可观测量,以便提供模型化的 IMU 误差的估值。精确火箭橇试验数据提供了方位对准误差的估算。它们也揭示了一种加速度表计算误差在系统性校准中的误差。本文叙述了为 AIRS 火箭橇试验研制的事后处理测试数据的鉴定技术,并提供了 AIRS 与空间/时间速度比较的例子,以及作为 IMU 误差指示的重要性说明。     

弹道导弹IMU斜装余度配置设计的系统性能分析

余度技术是提高导航系统性能的一种重要手段,本文对捷联惯性传感器多余度配置技术进行了研究。针对弹道导弹的特点,设计了适用于背景弹道使用的IMU:由3陀螺正交配置的4加速度计斜装配置构成。分析了影响惯性传感器输出的主要因素,建立了惯性传感器的误差模型,研究了斜装对传感器测量的多重影响,尤其是它对非线性误差的较大改善。在此基础上,设计了具有余度配置结构的惯性测量装置(IMU)．针对该IMU,建立了余度配置系统的标定模型。仿真结果表明,采用该IMU的弹道导弹导航性能显著提高,在现有器件精度下有效提高了系统的精度和可靠性。     

高低温环境试验中的武器温升分析

随着科技的发展,武器的高低温试验变得越来越重要了,但无论是固定式高低温试验系统还是机动式高低温试验系统,当武器脱离高低温试验系统转入性能试验过程中,武器本身的湿度对周围环境温度存在突变,而武器与周围环境的热量交换将影响武器性能试验。本文针对此问题以火炮炮管温升为例进行分析,得到了火炮系统温升随时间变化的规律,为试验反应时间确定提供了依据。     

差分GPS/SINS超紧组合在线标定与误差补偿方案设计

为了进一步提高GPS/SINS超紧组合系统的导航和误差标定精度,设计了一种基于载波相位差分的GPS/SINS超紧组合导航系统方案。一方面,超紧组合通过SINS对GPS跟踪环路的辅助,可以降低载波环路噪声带宽,减小码相关间隔,提高载波环和码环的跟踪精度;另一方面,载波相位提供高精度量测信息作为组合导航观测量,能够准确标定和补偿IMU常值误差,进一步提高了组合系统的导航精度。     

再入系统激光陀螺IMU的安装方式比较

为获得激光陀螺在未来系统要求的精度、尺寸和环境等条件下运用,霍尼韦尔公司已做过验证试验。本文重点论述再入系统的一些技术问题,因为再入系统是目前急需的一项运用工程。全文介绍四个基本内容:飞行器中惯性测量装置(IMU)的定向,装置的轻小型化,激光陀螺的选择,以及IMU和处理器可能的组合方式。IMU定向是经过分析各种安装方案及其误差特性后选取的安装方式。激光陀螺的选择是在研究不同陀螺性能、尺寸和重量等所能达到系统精度的基础上进行的.IMU和处理器的组合方式是通过分析整个制导和控制系统的处理数据需要(飞行器中的处理存储单元)来确定的。系统方案研究结果表明,为满足性能、尺寸要求,需要一种新尺寸激光陀螺,用这种陀螺(GG1320)构成的新型再入制导和控制系统方能满足当前和未来再入系统的要求。     

红外导引头成像系统无热化设计及试验验证

介绍了光学被动无热设计原理,将其应用于3～5／μm红外导引头成像系统设计,完成光学系统与红外焦平面探测器组装,进行高低温环境试验测试,试验验证了无热化设计效果;提出了在实验室条件下,高低温测试系统的构成和测试方法,具有操作简便、直观、可信度高等特点．设计及试验结果表明,该红外成像系统结构紧凑,在宽温度范围内有很好的成像质量．     

弹载捷联惯导简易在线标定方案研究

针对弹载捷联惯导系统在发射前需进行标定的问题,提出一种简易在线标定方案。此方案不需要将惯性器件从弹体上拆下来,且不需要车体进行复杂的机动,而是以车载主惯导提供的精确速度及姿态信息为基准,利用炮车的常规机动方式加上野战行进时沿x轴、y轴方向的俯仰、横摇角运动对器件误差的激励作用,采用系统级标定法对惯性器件误差参数进行在线标定。理论分析及计算机仿真结果表明,该标定方法能够有效完成对弹载捷联惯导系统的在线标定,且方案简单易行,具有较强的现实应用价值。     

MEMS惯组陀螺零位在线快速标定系统设计与实现

针对传统MEMS惯组标定算法标定步骤复杂,标定时间长的问题,根据MEMS惯组的参数变化特点,设计并实现了MEMS惯组在线快速标定系统,实现对MEMS惯组参数影响最大的陀螺零位进行快速标定。分析了MEMS惯组误差模型,介绍了在线快速标定系统组成,对快速标定算法进行了解释和说明,并给出了详细标定步骤。该系统简化了标定操作流程,缩短了标定时间,减少了标定保障条件,已成功应用于某精确制导炸弹,并具有良好的工程应用前景。     

重复标定的惯组误差模型系数计算方法

通过建立合适的惯组测量坐标系,构建了惯组内部惯性器件敏感轴和惯组测量坐标系之间固定的相对关系,实现了惯组在六面体测试工装内每次标定的误差模型系数均反映同一个映射关系,实现了惯组重复安装标定时惯组误差模型系数的统一计算、对比,对方便工程使用、有针对性地改善惯性器件性能有着重要的意义.     

以高精度惯组为参考的MEMS惯组参数在线估计方法

针对传统冗余惯性导航系统存在成本高,体积大,功耗大的问题,提出采用低精度MEMS惯组参与惯性导航冗余的导航系统冗余模式.利用MEMS惯组单次通电稳定性具有优势的特点,利用高精度惯组信息对低精度惯组参数进行在线估计.免除因增加惯性器件导致射前标定的大工作量.针对导航参数在飞行器飞行过程中可能发生变化的问题,提出一种自适应滑动窗口估计方法,利用数据的分散性对有效估计时间进行决策,并采用最小二乘法对参数进行估计,仿真结果表明该方法是有效的.     

基于最优解析的陀螺现场免转台标校方法

作为载体姿态测量的重要惯性器件,陀螺在使用过程中由于长时间运输及存放等因素会产生误差漂移,造成对运动参数测量精度的降低,由此带来陀螺器件在使用前误差再标校的需求。根据现场无高精度转台设备支持的工作条件及中等精度陀螺指标需求,提出一种基于最优解析的陀螺现场标校方法。通过建立陀螺输出与地球自转角速率及加速度计输出间的映射关系式,将标校问题转换为最优解析问题;同时采用改进遗传算法,达到现场简易操作、不依赖转台等辅助设备、缩短标校时间、提高标校精度的目的。开展数学及半实物仿真实验,验证了所提方法的有效性,结果显示该方法能够有效地获得满足中等精度陀螺的标校结果,具有现场实用价值。     

光纤惯组温度补偿模型和测试技术研究

光纤惯性导航系统中的光纤陀螺和石英加速度计的漂移受温度变化影响显著,导致其在导航系统中的应用受到各种制约。现在工程上采用的温控技术虽然保证了光纤陀螺工作环境温度的稳定,但其需要在陀螺内增加温控设置,并对设置的温度控制性能提出了较高的要求,这样必定会增加光纤陀螺的体积、质量和成本,同时温控精度也受到制约。提出了一种基于光纤惯性测量组合的温度补偿模型,并设计相应的试验方法对陀螺仪和加速度计的零偏和标度因数进行了温度补偿。试验验证,提出的温度模型准确有效,有利于补偿因温度变化引起的加速度计和陀螺仪的零偏和标度因数影响,达到提高惯性导航系统的导航精度的目的。     

惯性导航系统冗余设计与可靠性分析

阐述了惯导组合中存在的故障种类和故障率,给出了惯性器件六表斜置和电源系统非均流并联的冗余配置方案,对不同的配置方案进行了对比和可靠性分析。针对电源故障类型提出了可靠性计算的三状态分析法,并对并联冗余系统进行了建模分析和冗余优化设计,所得结果不仅适合惯组电源,同时也满足其他三状态控制系统的设计要求。     

弹载惯性测量单元检测系统的设计与实现

从维修工程实践的角度出发,针对某型空空导弹惯性测量单元维修的实际工程需求,开发、研制了基于PXI总线的惯性测量单元检测系统;使用结果表明:该检测系统工作稳定可靠,能够快速准确地对故障进行定位,大幅提高了惯性测量单元的维修效率。     

高转速载体惯性测量组合研究

针对目前陀螺仪量程有限,无法用于高转速载体轴向角速度测量的缺点,提出了3种利用加速度计的杆臂效应来解算轴向角速度的方案,用双轴陀螺仪来测量俯仰和偏航方向角速度的惯性测量组合方案.根据函数随机误差公式,给出了载体质心处线加速度和轴向角速度误差传递公式,有利于惯性系统传感器的选择及系统的组建.仿真表明这3种方案在目前陀螺量程还达不到要求的情况下可以用来测量高转速载体姿态,应优先采用方案二,即惯性系统的惯性测量组件由4个加速度计和1个双轴陀螺组成.