惯性导航系统的控制理论研究

本文从控制理论的观点分析惯性导航系统(INS)。提出并讨论线性误差模型,计算几种特殊情况下误差模型的特征值。证明由特征值导出的精确表达式与通常所用的表达式稍有不同。在初始对准和校准期间,分析INS静止时的可观测性。引入从物理观点观察的转换,使我们能比较顺利地通过观察新的动态矩阵来确定不可观测的子空间和状态。最后建立系统可观测性和估计质量之间的关系。     

减振系统造成捷联惯性导航误差的有限元分析方法

为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。     

混合式惯性导航系统全数字平台技术研究

为满足混合式惯性导航系统简化平台结构和提高可靠性的要求,设计全数字稳定平台,包括平台结构和工作模式。针对稳定加旋转这一新的工作模式,设计该状态下的控制指令算法,建立从陀螺原始输出数据到电机轴指令角速度的计算过程,并进行实验验证。实验结果表明,混合式惯性导航系统原理样机的全数字平台工作处于稳定加旋转模式时,静态控制精度优于2″,在实验给定的一种动态环境下的控制精度优于30″.     

基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航算法

针对传统指北方位的惯性导航力学编排在高纬度地区因地理经线快速收敛,建立相对于经线的航向越来越困难,以及在地理极点存在奇异值等问题,结合自主水下航行器在导航过程中对自主性、导航精度等需要,提出了基于横坐标系的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪极区组合导航方案。给出了横地球坐标系、横地理坐标系等定义以及与常规导航坐标系的转换关系;通过类比常用的指北方位惯性导航力学编排推导了基于横坐标系的惯性导航力学编排;设计了适用于极区的捷联惯性导航系统/多普勒速度仪组合导航卡尔曼滤波算法;对设计的组合导航系统进行了仿真分析。结果表明,该导航方案能有效抑制方位失准角的增长,导航定位精度可满足自主水下航行器极区导航的要求。     

单轴旋转捷联惯性导航系统误差分析与转位方案研究

对单轴旋转捷联惯性导航系统误差调制原理与旋转方案进行研究,分析了单轴旋转调制对各项误差的补偿作用。给出单向连续旋转、大于360°两位置正反转停、小于360°四位置正反转停的3种转动方案,对其中2种转位方案在摇摆状态下进行了长时间导航仿真。仿真结果表明,两位置转停方案与四位置转停方案的长时间导航定位精度相当。结合工程实际,优选四位置转停方案,在自行研制的四位置转停单轴旋转捷联惯性导航系统上进行转台摇摆和车载环境验证试验验证,结果能够满足系统初始设计指标,具有工程参考价值。     

惯性导航系统自适应控制器的综合研究

研究了基于系统误差方差和为极小的惯性导航系统的最优自适应控制器。控制器能在系统工作的长时间间隔内对误差进行补偿。综合研究了可中继选择控制矩阵的自适应控制器。通过增加系统误差的可观察性提高控制质量。     

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%.     

弹道导弹捷联惯性导航系统误差传播模型

弹道导弹捷联惯性导航系统(SINS)的误差是由陀螺仪和加速度计交叉影响产生的,与平台误差传播过程有本质区别,本文针对弹道导弹捷联惯性系统的实用模型开展了研究,得到了离散形式的误差传播,通过该模型建立的离散卡尔曼滤波仿真表明,模型准确地反映了捷联惯性导航系统的误差,为组合制导和提高射击精度研究提供了有利条件。     

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。     

捷联式惯导系统在自行火炮上的应用

基于捷联式惯导系统的自行火炮火控系统结构简单、成本低、可靠性高,且可采用一次调炮,调炮速度快、直观、精度高,减少了火控系统反应时间。惯导系统的安装工艺简单、测量直接,减少了误差环节。与平台式惯导系统相比,捷联式惯导系统的尺寸和质量大为减少、可靠性高。随着计算技术的发展和捷联式系统用光纤陀螺和激光陀螺的性价比的提高,捷联式惯导系统在自行火炮火控系统中将越来越多的得到应用。     

一种新的惯性平台快速连续旋转自对准方法

针对惯性平台静基座初始对准中精度和时间受到试验条件限制的问题,提出了一种通过平台连续旋转的进行快速自对准方法.首先,推导了惯导平台连续旋转过程中的平台失准角模型;然后,采用输出灵敏度理论分析了连续旋转条件下惯导平台系统的可观测性;最后,对设计的平台连续旋转路径进行了仿真试验.仿真结果表明:本文提出的自对准方法突破了传统...     

捷联式惯导系统工具误差模型及处理技术研究进展

捷联式惯性导航系统工具误差模型及处理技术的研究在近年来取得了很大进展,相继出现了一些新理论、新方法、新技术。首先详细介绍了捷联式惯导系统主要误差源——元件误差的误差模型及标定方法,然后对捷联式惯导系统误差传播模型的研究以及误差补偿方法进行了归纳和总结,最后提出了今后捷联式惯导系统工具误差模型及处理技术的主要研究方向。     

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。     

捷联式惯导系统动态误差分析

根据捷联式惯性导航系统误差方程,分析了载体运动状态下系统的动态误差特性,并讨论了陀螺漂移、加速度计零位误差及初始误差对系统误差的作用。仿真数据由轨迹发生器产生,与以往的仿真方法相比,此方法接近实际情况,更能全面分析系统动态误差特性。     

多导弹协同惯性导航系统误差修正及精度分析

针对飞航导弹的惯性导航系统（INS）单独使用时存在位置和速度估计误差发散的问题,在不需要弹目距离信息或高度表信息或空速管信息的前提下,提出了一种基于INS信息、前视装置提供的导弹相对于已知地标的视线角和视线角速率信息及通过弹载数据链获得的各枚导弹之间的一维相对距离信息的多导弹（不少于3枚）协同INS误差修正方法。在此基础上,分析了参与协同误差修正的各枚弹相对于地标的几何构形对INS误差修正精度的影响,推导得到了水平精度因子（HDOP）和高程精度因子（VDOP）. 最后仿真验证了该方法的有效性和结论的正确性。     

无陀螺捷联惯导系统模型研究

无陀螺捷联惯导系统采用加速度计来解算载体相对惯性系的角速度,从而代替角速度陀螺仪。考虑重力影响,对两种不同配置方式的6加速度计捷联惯导系统建立了载体运动参数解算模型,在此基础上提出了一种12加速度计配置方式,从而利用多传感器的冗余信息对算法进行优化,消除了角速度解算过程中求解微分方程带来的累积误差,提高了角速度解算精度。     

捷联式微惯性导航系统的标定方法

设计了微惯性导航单元（MINU）结构。采用翻滚法和转台法，建立数学模型，分别标定加速度计和陀螺的零位偏差、标度因子及安装角误差。提出一种基于虚拟噪声的现场最优标定方法，运用卡尔曼滤波技术估计并补偿加速度计和陀螺零偏。实验室静态实验和车载实验结果均证明了上述方法的正确性和可行性，并且快速、易于实现，能有效提高导航精度，适用于短时间、低中精度导航系统。