无陀螺惯性测量系统的设计与实验

首先比较了加速度计和陀螺作为惯性测量元件的优缺点,简要介绍了惯性测量的原理,随后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,得到加速度计的灵敏度和零偏;设计了相应的电路来处理传感器信息,并采取多种措施以减小干扰;用离心机做转速实验,测得的角速度曲线与实际情况相符合,证明了方案的可行性.     

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.     

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.     

无陀螺捷联惯导系统加速度计安装方法的研究

无陀螺捷联惯导系统采用加速度计输出的比力来解算载体的角速度,从而代替角速度陀螺仪。本文提出了加速度的三种安装方法,对每种安装方案给出了载体角速度计算值的解算方法,并分析的了它们的精度。     

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。     

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。     

无陀螺惯性测量系统角速度估计算法

针对无陀螺惯性测量系统中角速度解算的难题,文中在分析目前常用角速度解算方案优缺点的基础上,根据Kalman状态估计理论,建立了新的不局限于某种加速度计配置方式的系统状态方程和观测方程模型,推导出了带控制项和系统干扰噪声的限定记忆Kalman状态估计公式,通过一种九加速度计配置方式,对该估计算法进行了仿真验证,仿真结果表明该算法能有效地提高角速度解算的精度,避免了其他角速度解算方案误差发散和小角度符号判断难题.     

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。     

一种大动态惯导技术在旋转弹上的仿真与实验研究

针对大动态环境下旋转弹的特点,在无陀螺惯性测量系统的基础上,采用一种基于MEMS双陀螺多加速度计的捷联惯导方案。该方案可以克服单纯加速度计的惯导方案对加速度测量和安装精度的苛刻要求,实现对弹轴方向角速度的解算。计算机仿真结果表明,导航解算的误差可以满足旋转弹的精度要求。在仿真分析基础上,给出了一种面向炮弹系统．基于FPGA双核处理器结构惯导系统的硬件实现方案。     

基于地磁辅助的弹载两轴陀螺传感器校正方法研究

为解决弹载环境下两轴陀螺传感器难以实现三轴校正的问题,提出基于地磁辅助的两轴陀螺 传感器校正方法。建立两轴陀螺传感器测量误差模型,由单轴地磁信号解算得到弹丸x轴 角速率,解决了因陀螺传感器量程限制而无法测量低旋弹丸x轴滚转角速率的问题;研究线性最小二乘模型和卡尔曼滤波模型校正两轴陀螺传感器相关参数的方法,数值仿真分析弹丸x轴角速率解算误差和陀螺传感器测量噪声对校正结果的影响;半实物仿真模拟两轴陀螺传感器在工程中的应用,研究基于地磁辅助的两轴陀螺传感器校正方法校正效果。数值仿真结果表明：当弹丸x轴 角速率解算误差在0.261 8 rad/s以内且当陀螺传感器测量噪声在0.001 6 rad/s以内时,经过校正后,弹丸y轴和z轴角速率校正误差在0.01 rad/s以内。半实物仿真结果表明：当弹丸x轴角速率解算误差在0.8 rad/s以内时,两种校正模型均能将陀螺传感器的测量误差从－0.30~－0.05 rad/s范 围减小到－0.02~0.02 rad/s范围内。数值仿真和半实物仿真结果证明：基于地磁辅助的两轴陀螺传感器校正方法具有较好的校正效果。     

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。     

基于对偶四元数的圆锥及划船误差补偿改进算法

为提高高动态环境下的对偶四元数捷联惯性导航算法解算精度,将梯形数字积分算法应用于圆锥和划船误差补偿算法中,改进了姿态和速度解算算法,提高了对偶四元数捷联惯性导航算法的解算精度。在单个采样周期内,利用前一时刻采集的陀螺角速率信号和当前时刻采集的陀螺角速率信号,通过梯形积分方式计算角增量进行圆锥误差补偿;利用前一时刻采集的加速度计信号和当前时刻的加速度计信号,通过梯形积分方式计算速度增量并结合同一时刻的角增量进行划船误差补偿。通过设计的多组动态模拟仿真航迹验证表明,当角速率和比力作为圆锥和划船误差补偿算法输入时,梯形积分算法的精度高于传统的矩形积分算法,且航迹的动态性越高,改进算法的性能优势越显著。同时,通过动态跑车实验结果的分析对比,进一步验证了该改进算法的实用性。     

全加速度计惯性测量的优化设计及仿真分析

基于炮弹的几何结构及运动特点。设计了一种十二加速度计组合的无陀螺惯性测量方案用于测量弹体运动时的角速度和线加速度．计算机仿真分析显示这种测量方案直接解算的是弹体运动角速度，并可以有效地消除重力加速度分量对解算弹体运动角速度及线加速度的影响．这种惯性测量技术使惯性测量系统结构简单化，并有可能降低成本。对提高现有常规武器的性能有重大的意义。     

激光捷联惯测装置多位置寻北方案

文中将激光捷联惯测装置作为敏感元件．利用激光陀螺敏感地球自转角速率在载体坐标系各轴的分量．加速度计敏感地球重力加速度计在载体坐标系各轴的分量．通过在多位置对激光捷联惯测装置静止采样．解算出系统的方位角．实现激光捷联惯测装置的寻北。     

半捷联微惯性测量系统同轴度误差解析评定

半捷联微惯性测量方法的提出为高旋弹药飞行姿态的高精度测量提供了一种全新的解决方案,而复杂的半捷联机械结构又给测量系统带来了不可忽略的同轴度问题。针对半捷联系统的同轴度问题,在介绍半捷联微惯性测量系统基本组成结构与工作原理的基础上,分别提出了适用于半捷联系统外筒与内筒的同轴度解析评定方法。其中,外筒的同轴度测定方法参考现有标准测量方法,而内筒的同轴度测定,则是在推导存在同轴度误差角时微惯性测量组合（MIMU）输出模型的基础上,详细设计了适合半捷联内筒同轴度的动态标定方法,利用系统自身组部件完成了同轴度误差角标定,并在实验条件下对径向陀螺输出作了误差补偿,验证了该方法的可行性,最终完成了半捷联微惯性测量系统同轴度误差的综合解析评定。     

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。     

一种全加速传感器角速度的优化方法

为了角速度误差随时间积累的问题,提出一种基于加权融合理论的角速度优化方法.通过理论模型仿真,并对添加指定误差后的解算结果进行了分析,结果表明该方法具有解算精度高、避免角速度方向判断错误的优点,为全加速度计惯性测量长时间工作提供了有效的方法.     

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。