提高NGIMU性能的加速度计动态补偿器的研究

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺惯性测量组合(NGIMU)实现制导的.首先,基于NGIMU九加速度计配置方案,根据加速度计的动态特性,推导了模型的动态导航方程,然后通过对加速度计进行动态补偿达到提高系统导航精度的目的,最后进行了系统三个方向角度运算的仿真验证.仿真结果表明,当加速度计输入信号的动态特性越强,NGIMU的导航误差越大,在动态补偿后系统的导航精度得到了有效提高.     

MEMS陀螺误差辨识与补偿

由于制造工艺等原因,MEMS陀螺的随机漂移非常大,严重影响了系统的性能.通过自制的基于MEMS的捷联惯导系统的相关实验,对MEMS陀螺的确定性误差和随机误差分别进行了辨识和补偿.完成确定性误差补偿,对MEMS陀螺随机误差进行了时间序列分析,并建立了AR模型,根据所选模型参数建立了随机误差的系统方程,采用经典卡尔曼滤波进行随机误差补偿.实验结果说明:无论是静态下还是动态下,补偿后信号的方差都大大下降,说明了滤波效果较为明显,具有一定的工程应用价值.     

光纤陀螺捷联系统振动误差补偿研究

针对舰船振动环境对光纤陀螺捷联系统性能的影响,提出基于神经网络的非线性数学补偿方案。对加速度计信息作傅里叶分析,进行振动特征提取;利用提取的振动特征值作为输入向量进行BP神经网络训练,建立光纤陀螺误差输出模型;对陀螺进行在线补偿,减小振动引起的漂移误差,提高了捷联系统初始对准精度。     

无人机捷联航姿系统误差分析与补偿

针对由三轴磁传感器、三轴微机电系统(MEMS)加速度计和三轴MEMS速率陀螺构成的无人机捷联航姿参考系统(AHRS),在详细分析3种传感器误差来源的基础上,建立了与之相适应的误差数学模型;根据传感器自身特点和九轴传感器的测量特点提出了相对应的误差补偿算法.试验结果表明:磁通门传感器的航向角最大误差由补偿前15°降低为补偿后1.6°;补偿后加速度计的俯仰角最大误差为0.25°,倾斜角最大误差0.35°;速率陀螺的静态误差补偿在3.5 min之内航向角误差为±0.3°,俯仰角补偿后误差±0.4°,倾斜角补偿后误差±0.4°;当速率小于15°/s时,动态误差控制在±1°.     

捷联惯导可靠性的奇偶向量方法

本文用奇偶向量讨论了捷联惯导的可靠性,建立了奇偶方程,进而利用假设检验求取故障检测的决策函数和隔离函数.研究了用卡尔曼滤波方法估计动态测量等项误差,用误差估计补偿奇偶向量,从而实现用常值门限进行故障检测和故障隔离.对六个单自由度陀螺组成的捷联余度系统的数字仿真表明该方法是有效的.     

自主姿态测量算法研究

航姿系统一般不实时计算速度和位置信息,无法补偿地球自转和表观运动引起的分量误差,同时陀螺漂移较大,载体长时间持续机动时,出现姿态精度不高,甚至发散的问题。提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态融合算法,将等效陀螺漂移列入系统状态,利用卡尔曼滤波的新息对运动状态进行判别,在一定条件下,用加速度计的输出作为量测量进行卡尔曼滤波的量测更新过程。实验结果表明,所提出的姿态融合算法考虑了陀螺漂移,能提高载体长时间机动时的姿态精度。     

小波分析法在光纤陀螺随机误差补偿中的应用

光纤陀螺随机漂移是惯性导航系统产生误差的重要因素。尽量降低陀螺仪的漂移率是进一步提高惯性导航系统精度的重要途径,也是保证光纤陀螺静态误差补偿精度的前提。从抑制光纤陀螺随机噪声的角度出发,利用小波分析法对光纤陀螺的静态输出进行滤波处理,通过对比滤波前后陀螺的输出曲线、标准差以及各项随机误差系数,能够看出:该方法有效地补偿了光纤陀螺的随机误差。     

改进小波阈值法与极限学习机在MEMS陀螺误差补偿中的应用

MEMS陀螺随机误差是影响其精度的主要因素之一。针对MEMS陀螺随机误差的问题,提出一种基于改进的阈值函数的小波去噪结合极限学习机算法建模的补偿方法。通过改进小波阈值法提高去噪效果,然后由极限学习机构建MEMS陀螺误差补偿模型。通过实例研究,结果显示该方法能良好地补偿随机误差,与其他方法比较,具有更好的效果。     

UKF滤波在MIMU/GPS组合导航系统中的应用

微惯性测量组件(MIMU)的陀螺和加速度计随机误差较大,系统短时间内的计算误差发散很快,本文推导了惯导误差的Φ角非线性模型,模型的状态变量包括:位置误差,速度误差,数学平台的姿态误差角,陀螺和加速度计的常值偏置.MIMU经过初始对准后,方位误差角可能仍然很大,误差具有较强的非线性,本文使用UKF滤波方法来对误差进行估计,利用GPS来辅助MIMU进行组合导航,通过输出和反馈互相结合的混合校正方式提高了导航精度.     

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。     

基于AR模型的MEMS陀螺误差补偿方法研究

针对MEMS(Microelectro Mechanical Systems）陀螺具有成本低、体积小但误差较大的问题,探讨MEMS陀螺的误差补偿方法。基于AR模型方法,采集MEMS陀螺原始信号,对原始信号进行预处理,利用预处理后的数据建立陀螺的AR(Auto Regressive)模型,辨识出模型参数。利用该模型对陀螺信号进行误差补偿,计算出陀螺的较精确值。通过对某MEMS陀螺误差补偿的静态和动态试验表明,提出的方法能够有效地减小误差,提高陀螺的测量精度。     

本期摘要

基于ARMA建模的MEMS陀螺随机误差补偿改进算法研究注国家自然科学基金资助项目（项目编号61271047）作者：陈明明．高国伟．毕新磊．潘宏生单位：北京信息科技大学信息获取与与检测实验室,北京100101基于MEMS技术生产的MEMS器件．具有体积小、重量轻、成本低、耐冲击性、高可靠性等特点．它被广泛应用于动态水平测量装置当中。但是由于外界环境的干扰．MEMS器件的测量精度一直难以达到实际应用水平。分析了在动态水平测量当中影响MEMS器件测量精度的各种因素之后,提出了一种基于ARMA模型的针对MEMS陀螺器件随机误差补偿的改进型算法。以某型号的陀螺的随机误差为研究对象进行实验验证．结果表明．MEMS陀螺的测量精度在滤波之后有了明显的提高。经过改进后的卡尔曼滤波器和引入自适应渐消因子的卡尔曼滤波器．在静态环境下．它们的误差标准差分别降为原始误差的375％和4．8％．动态环境下的滤波精度也得到有效提高。证明该方法是可行的和有效的,具有较大的工程实践意义。     

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)。     

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。     

石英加速度计温度漂移的小波网络建模

无陀螺捷联惯导系统中所使用的石英加速度计的输出在不同温度条件下漂移比较显著,通过理论分析和试验研究了其静态温度特性,提出了利用小波神经网络进行补偿的方案.与传统的BP神经网络相比,其拟合精度得到大幅度提高.实验结果表明,该方法能有效补偿加速度计的温度漂移误差.     

无位置输入的民机姿态航向误差修正算法

姿态更新算法与姿态误差修正算法是捷联姿态航向参考系统中一项长期研究的关键技术。研究了在无位置输入和无法计算位置项引起地球自转分量无法补偿的情况下,针对姿态航向系统仍必须提供可靠的、正确的姿态航向信息这一突出问题,提出了忽略误差方程中微小量,利用飞机航线覆盖区域的中心纬度值替代误差方程中的纬度项,将简化后的算法引入的误差等效为陀螺漂移和加速度计零位的思想。设计了基于四元数的内阻尼卡尔曼滤波器,更新姿态四元数修正误差。结果显示对于漂移为10°/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°。     

煤矿井下微机电系统陀螺随机误差辨识

针对常用随机误差辨识方法不能揭示潜在的误差源、很难分离出具体随机误差、数据采集时间过长等问题,利用Allan方差分析法对煤矿井下微机电系统(MEMS)陀螺随机误差进行辨识。介绍了Allan方差分析法原理,利用Allan方差分析法对MEMS陀螺实测数据进行处理,给出了Allan标准差曲线,通过最小二乘拟合得到MEMS陀螺的主要随机误差系数。实验结果验证了Allan方差分析法用于MEMS陀螺随机误差辨识的有效性。     

双轴倾角传感器的设计与实现

光纤陀螺(FOG)寻北仪是利用FOG在相对地球静止时感测到的地球自转角速率在光轴上的分量特性而设计的寻北系统。固定陀螺的基座不水平时,对寻北精度会产生较大的影响。为了检测基座平面的姿态角,并对陀螺的输出值进行补偿,研制了高精度的双轴倾角传感器。该倾角传感器采用双轴石英挠性加速度计作为检测元件,通过采样加速度计在相差180°的2个方向上的输出值,精确地解算出基座平面的姿态角,并消除了加速度计偏值的影响。系统简单,容易实现,且达到了较高的测角精度。     

基于ARMA建模的MEMS陀螺随机误差补偿改进算法研究

基于MEMS技术生产的MEMS器件,具有体积小、重量轻、成本低、耐冲击性、高可靠性等特点,它被广泛应用于动态水平测量装置当中。但是由于外界环境的干扰,MEMS器件的测量精度一直难以达到实际应用水平。分析了在动态水平测量当中影响MEMS器件测量精度的各种因素之后,提出了一种基于ARMA模型的针对MEMS陀螺器件随机误差补偿的改进型算法。以某型号的陀螺的随机误差为研究对象进行实验验证,结果表明,MEMS陀螺的测量精度在滤波之后有了明显的提高。经过改进后的卡尔曼滤波器和引入自适应渐消因子的卡尔曼滤波器,在静态环境下,它们的误差标准差分别降为原始误差的3.75%和4.8%,动态环境下的滤波精度也得到有效提高。证明该方法是可行的和有效的,具有较大的工程实践意义。     

基于Allan方差的MEMS陀螺随机误差建模

针对由于MEMS陀螺随机误差较大而影响MEMS惯性测量系统测量精度的问题,提出一种利用Allan方差分析随机误差并建模的方法。在分析Allan方差原理的基础上,通过Allan方差分析法分离和辨识了MEMS陀螺仪的各项随机误差以及误差系数,并利用随机误差系数进行了数学建模。通过与ARMA模型比较,表明利用Allan方差建立的模型更加精确。该方法为MEMS惯性导航系统中姿态测量的误差补偿和滤波提供了新的思路,对提高MEMS惯性测量系统的测量精度具有一定的实际应用价值。