36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001()/h和9 g,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1和3,二次项误差系数估计精度优于410-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。     

光纤陀螺捷联惯导系统艇上系泊状态自标定方法

从实际工程使用角度出发,提出了一种在系泊状态下的系统级自标定方案,避免了惯导系统在艇上的反复拆装。提出的系统级标定方法设计了15位置转位方案,可以通过Kalman滤波对陀螺仪和加速度计的零次项误差,标度因数误差,安装误差进行精确估计,除了对以上误差参数的估计外,对影响导航精度的内杆臂参数和加速度计正负通道非对称误差也可以进行估计。并根据系泊状态的特殊晃动环境,设计了零相位延迟的低通滤波器从惯导系统的速度解算中得到速度误差,保证了惯导系统在不依赖外界输入条件下完成自标定任务。仿真及实验结果表明,该方法能在系泊状态下准确估计出全部误差变量,且与静基座标定结果相符,具有实际应用价值。     

激光陀螺捷联惯导系统多位置系统级标定方法

捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响,需在使用之前进行精确地标定和补偿。为了更加有效地标定误差,设计了一种10位置系统级标定的方法。利用简化的误差模型和速度误差变化率方程,建立了所有误差参数与导航误差之间的线性关系。通过设计的10位置连续旋转方案对由各项误差参数引起的速度误差进行充分激励,利用所得数据进行卡尔曼滤波,计算出包括陀螺仪和加速度计的零偏、标度因数误差、安装误差以及加速度计二次项误差等24个误差参数。仿真得到陀螺零偏误差优于0.000 75（）/h,加速度计零偏误差优于g,陀螺和加速度计的安装角误差优于1.5,标度因数误差优于2 ppm（1 ppm=10-6）系统,加速度计二次项误差优于0.1510-6 s2/m。另通过3组实验验证了重复性,证明了该方法确实有效。     

机抖激光陀螺捷联惯导系统的温度补偿方法

分析了系统温度对机抖激光陀螺捷联惯性导航系统的影响因素,介绍了降低和补偿捷联系统温度误差的4种方法.通过重复性温度实验,利用逐步回归法分析了激光陀螺零偏与温度的关系:通过多项式拟合,分别得到了加速度计的零偏、标度因子和IF转换电路的温度补偿模型,并在捷联系统中得到应用.对其中的两种方法进行了实验研究和导航测试,并对两种方法的补偿效果进行了对比.结果表明:通过温度实验得到惯性器件的温度补偿模型对其温度误差进行实时补偿是捷联系统最理想的补偿方法.补偿后系统定位测试1 h的圆概率误差(CEP)优于0.3 n mile/h.达到国内先进水平.     

一种新的高精度光纤平台系统级标定方法

针对高精度光纤平台系统误差补偿的需求，有效地提高光纤平台的应用精度及启动快速性，该文考虑了加速度计的杆臂误差、惯性仪表的时间不同步误差、安装误差及标度因数误差等误差特性，建立了两级标定的 Kalman 滤波方程。采用 Kalman 滤波法实现误差参数的辨识，并对该方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明，所设计的系统级标定方法能够估计出所有的误差参数，且具有较高的应用性能，对于提升高精度光纤平台的应用精度具有重要意义。     

惯性系统中加速度计标定方法研究

在惯性导航系统中,传统的加速度计标定方法有些对转台依赖性比较高,对转台无依赖性的方法精度又比较低.对此,提出一种无需转台的加速度计高精度标定方法.该方法只需要采集十二个位置的静态加速度计输出数据,即可对加速度计零偏、标度因数、安装误差等系数进行高精度标定.实验结果证明,该方法与传统无转台加速度计标定方法相比,具有更高的精度.     

光纤捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法

惯性测量单元测量敏感点与载体坐标系原点不重合,标定和使用过程中存在角运动,从而引入杆臂效应误差。针对这一问题,该文提出基于卡尔曼滤波算法的杆臂标定方法。根据杆臂效应误差模型,分析了内、外杆臂效应之间联系。以线速度误差为观测量,建立卡尔曼滤波方程,通过对系统的可观测性分析,设计了两轴联动式的误差激励方式。以五级海况摇摆实验为例,动态时系统的线速度误差较未补偿杆臂效应时降低73%。     

光纤捷联惯导系统加速度计内杆臂标定方法

惯性测量单元测量敏感点与载体坐标系原点不重合,标定和使用过程中存在角运动,从而引入杆臂效应误差。针对这一问题,该文提出基于卡尔曼滤波算法的杆臂标定方法。根据杆臂效应误差模型,分析了内、外杆臂效应之间联系。以线速度误差为观测量,建立卡尔曼滤波方程,通过对系统的可观测性分析,设计了两轴联动式的误差激励方式。以五级海况摇摆实验为例,动态时系统的线速度误差较未补偿杆臂效应时降低73%。     

捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

捷联惯性导航系统的旋转调制技术是一种自校正方法,它能在不使用外部信息的条件下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差.该技术在国外潜艇和舰船上已得到成功应用,旋转捷联惯性导航系统的误差传播方程是研究旋转捷联惯导系统初始对准、系统级标定等的基础.基于此,推导了以地理坐标系为导航坐标系的单轴旋转捷联惯性导航系统的导航方程和误差传播方程(位置误差方程、速度误差方程、姿态误差方程),给出了误差传播的仿真结果.仿真表明,若采用单轴旋转调制技术,陀螺仪常值漂移和加速度计零偏引起的导航误差都可以得到有效补偿,而初始位置误差、速度误差及姿态误差引起的导航误差得不到补偿.将旋转调制技术应用于捷联惯导系统,能极大地提高武器系统的长期工作精度.     

灰色理论在加速度计安装误差标定中的应用

无陀螺捷联惯性导航系统克服了传统惯性导航系统的一些特点,为特殊环境下载体的导航提供了一个有效的导航手段。在无陀螺惯性导航系统中,加速度计的安装误差是系统的主要误差源,如何标定和补偿安装误差是取得高精度导航结果的前提。本文把灰色理论应用到加速度计安装误差的标定与补偿中,通过算例可以看出,通过灰色理论对加速度计安装误差补偿可以有效提高导航精度。     

激光陀螺捷联惯导尺寸效应误差分析与补偿

在高动态条件下,加速度计尺寸效应已成为影响激光陀螺捷联惯导系统精度的重要误差源.文中从理论上分析了尺寸效应的产生机理,认为尺寸效应的产生是由于加速度计测量点不一致而引起,分析了激光陀螺机械抖动引起的尺寸效应误差.对加速度计组件在一般安装关系下的尺寸效应误差模型进行了推导.对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑尺寸效应后的动态标定模型.以导航速度为观测量,建立了加计组件尺寸效应误差补偿的一般模型方程.一系列的试验证明,尺寸效应补偿有效地提高了导航精度.     

激光陀螺捷联惯性导航系统IMU误差标定

针对激光陀螺捷联惯性导航系统惯性测量单元(IMU)误差标定对转台精度、基座对北和调平要求较高,以及系统工作时激光陀螺抖动、长时间工作温度升高、算法复杂等因素,提出了以速度为观测量,采用以最小二乘拟合法的系统级标定法。通过三轴转台多位置测量：静止 转动 静止,快速辨识三轴激光陀螺和三轴加速度计正交安装误差、传感器零偏、刻度因子等24个误差参数,整个标定过程时间约2 h,多位置对准航向、横滚、俯仰测试精度优于0.012°。实验表明,采用该方法算法简单,操作过程便捷,可以有效提高激光陀螺捷联惯性导航系统IMU精度。     

正四面体冗余惯导全参数现场快速标定方法

正四面体冗余惯导系统（RINS）具有高可靠性、高精度等特点,而误差标定是实现高精度导航解算的必要手段。当前正四面体RINS的误差标定均需要利用高精度转台实现,不仅标定成本高、标定时间长,而且在外场等硬件条件不足的情况下无法进行全误差参数的标定。针对这一问题,提出了一种无需高精度转台的正四面体RINS全误差参数现场快速标定方法。首先,建立了正四面体RINS的误差模型;然后,根据解析粗对准姿态误差矩阵与正四面体RINS零偏的关系提出了基于六位置的零偏标定方法;之后,设计三位置旋转方案进行陀螺仪的标度因数和安装误差标定;最后,利用零偏标定的六位置方案进行加速度计的标度因数和安装误差标定。仿真及试验结果表明,该方法能有效地标定出所有误差参数,在1 h静基座导航试验中,标定后北向定位精度从61.065 5 km提升至0.476 7 km,东向定位精度从161.202 7 km提升至4.842 2 km。     

基于LABVIEW的MIMU 24项误差参数的快速标定方法

针对传统微惯性测量单元(MIMU)标定方法过程繁琐、标定周期长且标定设备复杂等问题,该文设计了一种通过LABVIEW上位机控制小型三轴转台对MIMU进行快速标定的一种方法。首先建立MIMU标定模型,再通过分别构建陀螺仪和加速度计的卡尔曼滤波器来减小运算量和标定时间。以小型三轴转台的姿态与速度为基准求得速度误差与姿态误差作为观测量,通过LABVIEW上位机控制三轴转台按照所设计好的标定路径转动,采集MIMU输出并使用卡尔曼滤波器LABVIEW的子函数（VI）进行MIMU的24项误差参数估计。实验结果表明,该方法能实现对MIMU中的陀螺仪和加速度计的快速标定,与传统分立式标定法相比,其安装误差与常值漂移的精度基本一致,标定因数相对误差小于0.006,标定时间由3 h减少至30 min。     

基于24位置的MEMS惯性传感器快速标定方法

针对微惯性测量单元原始输出信息受零偏、标度因数、非正交误差等误差项干扰影响测量精度的问题,提出一种无需借助高精度转台的MEMS IMU快速原位标定方案。在分析MEMS惯性传感器输出特性的基础上建立传感器误差模型,利用六面体夹具设计IMU 24位置连续转停标定方案,以重力及各次旋转角度为参考信息完成传感器误差标定。针对加速度计零偏、标度因数、非正交误差9个参数构造标定模型,采用牛顿法估计误差参数最优值,考虑陀螺仪零偏与标度因数6个误差参数,利用最小二乘法计算误差参数最优估值。分别进行加速度计、陀螺标定补偿实验,实验结果表明,提出的MEMS IMU快速原位标定方法能快速得到传感器误差参数,提高了输出数据精度。     

MEMS加速度计混合误差标定补偿方案

针对微机电系统(MEMS)加速度计在实际使用过程中存在非正交零偏误差和温度漂移误差的问题,提出了一种混合误差标定补偿算法。算法通过分析加速度计温度与误差的关系,在不同温度区间下建立加速度计输出的误差模型,在每个温度区间采用十二位置校准法对加速度计的非正交零偏误差进行标定补偿,得到精确的零偏和刻度因子,同时采用最小二乘法拟合零偏和刻度因子与温度的一维关系函数,最终实现不同温度区间下的动态误差补偿。实验结果表明,本算法可使加速度计输出的精度提高1个数量级,补偿效果明显。