基于谐波分析的捷联惯导系统加速度计组件标定技术

惯性器件误差是影响捷联惯性导航系统(SINS)精度的主要原因之一,任何由加速度计和陀螺构建的SINS在使用之前都须进行精确标校,以建立起惯性器件静态误差补偿模型。首先根据三轴加速度计组件的输出建立起加速度计输出模型;然后利用三角谐波的正交特性,设计了1 g重力场下的多位置转台翻滚试验,分离出加速度计组件的各项静态误差系数的解析表达式;最后,分析了由基准误差引入的参数标定误差。利用双轴位置转台对标定方法进行验证,结果证明此方法能够有效标定出三轴加速度计组件的刻度因数、交叉耦合系数和零位偏置,满足系统设计指标要求。     

一种数据融合车载捷联惯导系统在线标定方法

研究捷联惯导系统标定准确性问题,在没有精密转台等辅助仪器环境下,长时间放置车载惯导标定,存在扩充陀螺和加速度计零偏、刻度因素、安装误差等问题,为解决上述问题,提出了一种利用惯性/卫星的速度、位置、姿态全组合观测量的方法,采用开环滤波对惯性器件进行系统级的估计和补偿。利用可观测性和导航仿真数据进行分析,仿真结果表明,在一定时间内惯性器件误差逐步收敛,初步实现了在线/无需拆卸的惯性器件误差标定。补偿后性能较补偿前有明显的提高,改进方法具有一定的理论和工程参考价值。     

无陀螺惯性测量组合模型方案设计

无陀螺惯性测量组合(GFIMU)是利用线加速度计在空间的组合解算出载体的角速度,同时测量载体的轴向加速度,构成惯性测量组合.提出了GFIMU十二加速度计配置方案,该方案直接得出角速度数值表达式,有效避免了求解微分方程组带来的积分误差.在推导导航参数计算数学模型的基础上,设计了实物结构模型和数据采集电路,并进行了系统标定实验.提出了基于三维转台的接近gn值点和0点的多位置标定方法,可以有效地减小在加速度计标定中方位误差带来的影响.     

双轴旋转光纤捷联惯导八位置标定方法

针对双轴旋转捷联惯导系统长期工作时光纤陀螺误差参数随时间变化问题,提出一种姿态未知条件下的八位置标定方法.该方法利用双轴旋转机构可提供惯性测量单元(LMU)相对载体固定角位置特性,结合光纤陀螺简化误差模型,设计出八位置标定路径并激励出光纤陀螺误差参数.新的标定方法既避免了陀螺误差参数的耦合影响,又可以解算出载体航向信息.转台实验结果表明,八位置标定方法可在载体姿态未知条件下完成对光纤陀螺误差参数的标定工作.     

石英挠性加速度计正交双表测试方法研究

给出了在转台上标定石英挠性加速度计的正交双表测试方法。分析了转台误差源对加速度计误差模型辨识的影响,建立了g^2观测法的辨识模型,并在转台上进行了20位置试验。试验结果表明：正交双表法可以降低设备转角误差对加速度计模型参数估计结果的影响,从而显著提高加速度计测试精度。     

惯性测量组合小角度静态标定方法研究

简要论述了为延长惯性测量组合的稳定期以及提高惯性测量组合的使用精度,在位置转台上对惯性测量组合影响精度大的不稳定参数进行自标定的技术,即利用角速度计去标定低精度陀螺的技术。从理论上讨论了利用加速度计的信息去标定陀螺不稳定参数的方法。提出了小角度标定方法,给出了小角度静态标定思路,从理论上对小角度射前静态标定方法存在的综合误差进行了定量分析,指出了小角度静态标定方法存在的主要问题,同时提出了相应的改进方法,使射前静态标定方法理论上可行。     

电子罗盘的标定方法研究

分析了对基于MEMS加速度计和磁强计的电子罗盘进行误差系数标定的重要性,介绍了MEMS惯性器件误差来源及其类型,着重分析了静态误差的来源,并建立了相应的静态误差模型.在此基础上,分别给出了MEMS加速度计和磁强计的误差因子标定方法,并详述了标定的步骤.设计的MEMS加速度计静态误差标定方法,结合位置转台,仅需6位置即可同时实现加速度计多种静态误差系数的标定,而磁强计的标定则要分不同的误差类型依次进行,数学实现方便快捷可靠,可满足一般性手持设备的导航精度要求.     

IMU标定数学建模及误差分析

惯性测量单元（IMU）标定路径设计和数据处理方法取决于IMU标定数学模型,安装误差是决定IMU标定模型的重要因素。针对工程中加速度计和陀螺相对载体安装方式的不同,提出一种通过坐标系转换矩阵建立IMU标定数学模型的方法,推导IMU标定模型误差与载体角速度和加速度之间的关系,分析IMU标定模型误差对捷联惯性导航系统导航参数的影响,并利用转台提供的位置信息设计IMU标定路径和数据处理方法。仿真和转台实验结果表明：IMU标定数学模型误差引起捷联惯性导航系统速度误差、位置误差和姿态误差;安装误差的表现形式决定了IMU标定模型误差对系统导航精度的影响。     

一种小型惯性测量单元的精确标定技术

研究了一种基于MEMS陀螺和加速度计的惯性测量单元(IMU)的系统标定技术,建立了陀螺和加速度计的温度漂移和非线性误差模型,采用逐步线性回归法对以上模型进行了简化,并设计了补偿算法;实时补偿效果表明,在-40℃~60℃的温度变化范围内,惯性测量单元的零位偏值、偏值稳定性和非线性度都达到较高精度,这种误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件误差的标定与补偿问题。     

一种新的无陀螺惯性测量组合标定方法

无陀螺惯性测量组合在角速率解算过程中不仅需要知道加速度计标定因数、零偏及实际安装方向向量,还需要准确获取加速度计的实际安装位置.针对上述特点,以加速度计输出模型为基础,提出并建立了一种广泛适用于各种无陀螺惯性测量组合的标定方法.该方法经转台位置和速率实验验证可以准确得到加速度计标度因数、零偏及安装误差,进一步提高了载体线加速度和角速率解算精度,从而为后续的姿态解算奠定基础.     

基于MEMS和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制

从工程实际出发,给出了一种基于新型Cortex-M3内核ARM和MEMS惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元的结构框架。详细介绍了采用三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻传感器研制的微惯性测量单元硬件设计方案,分析了陀螺和加速度计的信号噪声,利用均值滤波法对信号进行预处理,对预处理后的信号采用FIR滤波器进行滤波,对陀螺和加速度计进行了标定。该测量单元已应用于某小型无人机的姿态测量,达到预期效果。     

改进的IMU传感器安装误差正交补偿方法

针对传统的正交补偿方法难以保证惯性测量单元具有较高的正交补偿精度的问题,提出了一种改进的适用于大角度和小角度安装误差角情形的正交补偿方法,该方法分别建立三轴加速度计和三轴光纤陀螺传感器的安装误差方程,对惯性测量单元进行速率标定和多位置静态标定,并利用最小二乘法求解惯性测量单元的安装误差方程参数.仿真和实验结果表明:该方法较传统的正交补偿方法具有较高的正交补偿精度和传感器标定精度,且回避了静态标定时在较大安装误差角下利用转位机构获得零偏存在较大误差的问题,大大地提高了标定效率.     

MEMS微惯性测量组合标定技术研究

在介绍MEMS微惯性测量组合组成结构的基础上,根据MEMS陀螺和MEMS加速度计的输出模型,提出并推导了一种MEMS微惯性测量组合标定方法。利用该方法标定微陀螺的基本思路是:设置转台以速率方式运行,并且确定合适的旋转角速率间隔,使微惯性测量组合每个轴向的陀螺仪分别敏感不同的角速率,然后通过一系列计算,求解出待标定的零点偏置电压、刻度因子、交叉耦合系数及其对应的安装误差角。标定加速度计的方法类似,不同之处是设置转台以位置方式运行。理论分析和实验结果表明,利用本文所介绍的这种标定方法能够准确地将MEMS微惯性测量组合的输出电压值转化为对应的角速度和比力信息,为后续精确的姿态解算和导航计算奠定基础。     

基于旋转惯导双轴旋转系统的系统级标定

随着旋转调制惯导系统在空间飞行器上的逐步应用,低精度转台开始作为惯导系统的一部分参与导航过程,对基于旋转惯导系统双轴转台的光纤陀螺捷联惯导系统的系统级标定方法进行研究。建立附加约束条件和简化条件后的加速度计和陀螺的误差模型,在双轴转台上进行合理位置编排和转位,利用静态七位置下的捷联惯导输出数据做惯性导航,以速度误差和姿态误差作为观测量,建立Kalman滤波标定模型,系统辨识出三轴加速度计和陀螺的各项误差参数。通过计算机仿真验证,该方法能够准确利用滤波方法估计出陀螺和加表的共计21个器件误差参数,在工程上具有一定参考价值。     

三轴一体石英挠性加速度计标定数学建模与误差分析

为了提高加速度计标定精度,针对三轴一体石英挠性加速度计确定性误差特性和工程安装特点,基于笛卡尔空间坐标系之间的转换,推导加速度计坐标系与载体坐标系之间的转换矩阵,建立三种石英挠性加速度计线性标定数学模型.仿真和导航实验结果表明:三轴一体石英挠性加速度计标定数学模型误差引起捷联惯性导航系统速度误差、位置误差和姿态误差,且姿态误差和位置误差包含常值分量;所有误差均包含舒勒周期振荡和傅科周期振荡,傅科周期振荡调节舒勒周期振荡.     

激光捷联惯性组件精确标定方法研究

建立激光捷联惯性组件(SIMU)的输出模型;研究双轴位置转台下高精度激光SIMU的多位置标定方法,通过正、反向转动和四位置对消标定出激光陀螺的脉冲当量、安装偏差和常值漂移;应用多元回归分析法标定出加速度计的脉冲当量、安装偏差和零偏;分析了地球自转角速率、转台角位置基准偏差对陀螺标定的影响;阐述了提高陀螺组件标定精度的方法。对某型激光SIMU(陀螺漂移稳定性0.007°/h,加速度计零漂5×10-5g)进行标定与实时补偿,静态导航1 h最大纬度误差0.13海里(n mile),经度误差0.24海里(n mile);动态车载实验1 h定位误差0.7723海里(CEP)。     

一种光纤陀螺测试数据采集系统设计

光纤陀螺是基于Sagnac效应的新型全固态光学陀螺,它具有起动时间短、动态范围宽及寿命长等突出优点,目前已成为捷联式惯性导航系统中理想的惯性器件;在光纤陀螺的性能测试中,大多采用RS-232作为通信接口,数据采集速率慢;介绍了一种光纤陀螺测试数据采集方案,给出了采集系统的软硬件设计;系统通过高速A/D转换芯片对陀螺数据进行采集,利用USB总线作为数据传输通信接口,可实现光纤陀螺测试数据的高速率、大吞吐量采集,并可提高光纤陀螺的测试可靠性.     

基于双轴转位机构的光纤陀螺标定方法研究

针对调制型捷联系统中光纤陀螺误差系数随时间变化的问题,提出一种利用双轴转位机构实现陀螺六位置静态标定方法.根据光纤陀螺仪误差模型,利用转位机构设计六位置标定路径,激励出陀螺仪标度因数、安装误差和零位,标定新方案避免了陀螺仪误差系数的耦合.分析了转位机构的转位误差对标定精度的影响,并利用调制型捷联系统导航实验对六位置标定方案进行原理性验证.结果表明,六位置标定方法所引起的系统定位精度优于传统标定方法.     

基于多位置的MEMS加速度计快速自标定

针对MEMS加速度计输出信息受自身误差项(如零偏、标度因数、非正交误差等)干扰而影响器件自身测量精度的问题,提出一种不依赖转台设备的快速24位置标定方法.在分析MEMS加速度计输出特性基础上建立MEMS加速度计输出误差模型,设计并展开连续转停标定,利用重力特征实现加速度计误差修正.基于器件零偏、标度因数、非正交误差9个误差参数建立MEMS加速度计标定模型后,提出基于牛顿法对误差参数最优值进行估计.加速度计标定补偿实验结果表明,多位置标定方法能有效补偿自身误差并提高输出加速度信息的精度.     

一种微惯性测量单元标定补偿方法

在介绍微惯性测量单元组成与结构的基础上,根据MEMS惯性器件的输出特性,建立了微惯性测量单元中加速度计和陀螺仪的数学标定模型,提出并推导了一种适用于微惯性测量单元的标定方法,该方法可以得到微惯性测量单元中惯性传感器的零位、标度因数、安装误差系数及g值敏感项等33个参数;然后,具体介绍了通过加速度计重力场静态翻滚试验和陀螺仪恒角速率试验对MIMU中参数标定的方法和步骤,并对实验室自研的MIMU进行了标定;最后利用得到的标定参数对测试结果进行了误差分析与补偿;实验结果表明,该方法使MIMU的测量精度提高了1～2个数量级,能够满足姿态解算及导航计算的精度要求。