捷联式惯性测量装置用加速度计的试制及其性能

作为研究人造卫星运载火箭惯导系统的一部分,试制了捷联式惯性测量装置用加速度计,用于惯导系统实时模拟综合评价实验,本加速度计与以前试制的液浮磁悬浮摆式加速度计是同一类型,属于单自由度力矩平衡式液浮磁悬浮摆式加速度计。它既具有火箭惯导控制所必须的基本性能(分辨率为7×10~(-7)G,非线性误差系数为1.06×10~(-4)G/G~2,稳定性为±1.3×10~(-5)G),同时又可以利用其内部设置的指令力矩器产生模拟加速度输入。本报告将介绍惯性测量装置用加速度计的主要性能及模拟加速度输入输出的特性试验及其结果。     

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.     

机载捷联惯导数字仿真器的设计

针对捷联惯导系统实时动态数据获取难的问题,设计一种机载捷联惯导数字仿真器。利用飞控仿真系统输出的参数作为惯性测量元件的真值数据,用Visual Studio 2005完成捷联惯导系统的姿态解算、速度解算和位置解算,实现捷联惯导系统的动态数字化仿真。仿真结果表明:该仿真器不但能灵活改变惯性器件参数,还具有良好的人机环境和输出参数的可视化效果。     

基于PCI04总线的加速度计数据采集系统设计与实现

加速度计是捷联惯导系统的核心部件,由于捷联惯导系统恶劣的工作环境,通常以I/F转换或A/D采样方案设计的加速度计数据采集系统在测试中均有局限性,因此基于PCI04总线提出I/F和A/D相结合的方法,设计了高精度加速度计数据采集系统,该系统同时具有I/F和A/D方案的优点.从参数标定中可以看出,无论是精度、实时性、可靠性,还是动态测试范围都得到了极大的改善,其中测量精度远高于10-5g.     

基于PC104总线的加速度计数据采集系统设计与实现

加速度计是捷联惯导系统的核心部件,由于捷联惯导系统恶劣的工作环境,通常以I/F转换或A/D采样方案设计的加速度计数据采集系统在测试中均有局限性,因此基于PCI04总线提出I/F和A/D相结合的方法,设计了高精度加速度计数据采集系统,该系统同时具有I/F和A/D方案的优点.从参数标定中可以看出,无论是精度、实时性、可靠性,还是动态测试范围都得到了极大的改善,其中测量精度远高于10-5g.     

一种面向捷联惯导系统设计/验证的仿真平台设计

针对捷联惯导系统的实际应用需求,在Matlab/Simulink环境下设计并实现一种面向捷联惯导系统设计/验证的仿真平台。该平台主要由轨迹发生器、惯性测量单元模块、捷联解算模块、卡尔曼滤波器模块、导航性能评估模块等组成,在其上可方便的完成捷联惯导系统算法的设计验证、系统误差分析、惯性元器件误差分配及试飞数据的离线分析等功能。研究结果证明了该仿真平台的有效性和实用价值。     

微型静电加速度计

轨道飞行器和宇宙飞行器加速度的精密测量是一个重要课题。这些加速度很小,在10~(-5)g到10~(-7)g之间。为了保证轨道飞行器相对重力场偏离几分之一角分,甚至要求能测出10~(-9)g到10~(-11)g的微小加速度。 1959年美国空军航空电子实验室和贝尔航空系统公司制成了测量微小加速度的加速度     

INS/罗兰C组合导航系统的研究

惯导系统和罗兰 C 组合可以提供完全自主、误差不随时间增长的导航系统,尤其适用于精确制导武器和军用飞机的导航与飞行控制。建立了 INS/罗兰 C组合系统的卡尔曼滤波器的状态和测量方程,并进行了详细的协方差分析,仿真结果表明:采用陀螺漂移为0.02(°)/h,加速度计偏置为1*10~(-4)g 等级的平台式惯导与标准罗兰 C 导航组合,位置精度为395m,速度精度为0.6m/s;与先进的具有自动ASF 修正的数字罗兰 C 接收机组合,位置精度可达195m,速度精度可达0.35m/s,而且系统对一些惯性器件误差具有估计与校正作用。     

前言

本文集选登了几篇关于惯导系统及惯性器件方面的论文,主要是介绍美国、德国以及日本等几个国家的有关捷联式惯导系统方面的技术报告,实验总结。其中,“用于战术导弹的半捷联式惯导平台”一文,是西德一九八四年“陀螺会议录”中的一篇文章,该系统属于半捷联式惯导系统,文章中所介绍的系统的减震装置,对于我们研制半捷联式惯导系统的方位平台系统来说,有一定的启示,很有参考价值。“捷联式惯导系统飞行中传递对准时的伪偏置检测”一文,是以色列飞机公司的一篇实验总结报告,作者通过反复模拟、实验等手段,对捷联式惯导系统在传递校准过程中所出现的伪加速度等现象进行了理论上的探讨与分析。“动力调谐干式陀螺的互无干涉控制方法”和“挠性摆式加速度计的研究”以及“改善二阶控制系统特性     

捷联惯导误差分析与误差补偿

捷联惯导系统中的误差分析可确定各种误差源对系统的影响,并根据精度要求可恰当分配惯性测量元件的误差差和选择合理的惯性器件。通过对捷联惯导系统中的误差模型进行分析,针对系统精度要求,进行误差分配。对系统误差补偿模型,进行标定实验,确定了本套系统误差补偿系数。最后通过弹道仿真,对不同水平和众多误差因数采用了均匀设计法,得到CEP值。     

弹载捷联惯导系统空中传递对准精度评估

弹载捷联惯导系统空中传递对准是机载战术导弹发射前必须完成的任务,其对准精度直接影响导弹系统的制导精度。但传递对准误差无法直接测量,使其评估成为一个难题。文中提出以载机主惯导为参考系统,以主子惯导系统的速度差和位置差作为观测量,采用固定点平滑和固定区间平滑滤波的评估方案。利用Matlab/Simulink建立评估仿真平台,得出仿真结果。分析结果表明,该方案是可行的。     

双IMU/DGPS组合相对测姿系统同步方法研究

双IMU/DGPS组合相对测姿系统应用于动态载体上两点之间的相对姿态测量,该系统使用DGPS的速度和位置信息分别与主惯导系统和从惯导系统的导航信息进行组合,并解算两惯导系统的相对姿态.针对组合测姿系统对于同步的要求,提出了以惯导系统内石英晶体振荡器作为时间基准的数据同步方法,并进行了半实物仿真试验.试验结果表明,该同步方法可使双惯导系统间的数据同步误差从10ms减至100ns以下.同步精度满足要求,并具有很高的可靠性.     

移动卫星通信天线系统的矢量控制法

本文论述移动卫星通信天线系统的矢量控制方法,采用天线对准卫星不依赖于卫星信号,并且借助于捷联惯导系统的数字平台可以排除角运动干扰和长距离线运动干扰。为实现在赤道附近大范围地区的移动卫星通信,本文讨论了方位-俯仰与横滚-俯仰两种结构的矢量控制方法和它们的控制方程。另一台MEMS捷联惯导系统安装在天线上,给出了天线导航参数。天线信号的极值搜索法提高了跟踪精度。GPS信号用于与捷联惯导系统构成GPS/SINS组合系统以修正捷联惯导系统的误差,最后给出了移动卫星通信天线矢量控制系统方框图。     

空空导弹捷联惯导系统传递对准精度评估方案设计

提出了一种实用的动机座对准精度评估方案,可用于评估空空导弹捷联惯导的对准精度。该方案采用速度匹配法,通过比较导弹子惯导系统与所选基准系统(主惯导系统或DGPS系统)的速度差,评估出导弹相对于基准系统的失准角。该方案已用于空中对准导航飞行试验的对准精度评估,结果表明方案可行、实用。     

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...     

一种机载平台/弹载捷联惯导系统余度配置方法

文中介绍了一种以弹载捷联式子惯导为参考的平台/捷联故障检测技术,提出了利用主、子惯导系统中的6路加速度计信号进行余度配置的方案、逻辑及流程,该方案为机载主惯导系统的余度配置提供了一种有效途径.     

成本效益好的捷联惯导系统设计

捷联惯导系统的位置误差和速度误差,通常取决于该系统内部误差参数的量值以及这些误差在飞行中的传播方式。捷联惯导系统内部误差参数中的每一项都可以表征为这样一个随机变量,其在整个惯导系统和飞行中已知变化和零均值呈概率分布。可以建立一个数学“误差模型”,它可以根据每项主要误差源的变化,预测给定飞行轨迹的惯导系统位置误差和速度误差的统计性能。这个“误差模型”还清楚地表明,捷联惯导系统的预期的误差取决于所选择的飞行轨迹。捷联系统设计师可利用这个模型得到符合技术性能要求的每项误差参数的变化范围。这种方法叫做“误差预算”。用这种方法作出的误差预算,可以预测出任一给定飞行轨迹的捷联惯导系统的统计性能。然而,对于象SNU84-1这类机动性能高的飞行器来说,在其动态的飞行范围之内,飞行轨迹有可能大大地激发惯导系统内部的某些误差源,以至设计不出成本效益好的切实可行的惯导系统来满足这一系列飞行的特殊性能要求。因此,我们的偿试是,“尽可能好”地设计惯导系统。引进一套标准飞行轨迹,将使捷联惯导系统的设计师能够建立一个能满足特定飞行轨迹的特殊性能要求的误差预算,而不必对该系统的元件提出不合实际的要求。要获得成本效益好的设计,提出的元件技术要求必须能保证惯导系统在最坏的环境条件下正常工作。在给出捷联系统的误差预算过程中,误差源通常可互相平衡。本文介绍了一种方法,采用这一方法,可望在给定的性能水平情况下,使惯导系统的成本最小。注:在本文中,“成本”可包括惯导系统所需要的任何一种或所有的资源,如使用周期成本、获得成本、体积、质量、能源需要等等。成本也可以是以上这些资源的加权和。     

姿态确定用的GPS辅助的低成本捷联惯导系统

本文论述用全球定位系统(GPS)接收机,低成本捷联惯导系统和微处理机的组合来增加GPS的姿态信息。将全球定位系统位置测量值输入微处理机进行卡尔曼滤波计算,以便估算和校正捷联惯导系统误差。在运载器无大加速度机动的情况下,为了满足精度要求,敏感组件必须周期性地转位。本文介绍了系统性能的灵敏度的分析,并介绍和讨论了协方差仿真试验的结果。结果表明,低成本、低精度的捷联惯导系统能满足所要求的精度,倾斜误差为0.15毫弧,方位误差为5.0毫弧。     

加速度表伺服电路中的稳压电源及其去耦

伺服加速度表是惯导系统中的重要敏感元件,它作为高精度的测量仪表,对其供电电源和地线的排列都有较高的要求。本文叙述了在设计伺服电路时,电源线和地线的布线方法,滤波及其内部专用稳压电源的应用。最后提出了系统中如何保持加速度表高精度化的几点建议。     

基于最优模糊系统的惯导测量弹道修正模型设计

针对惯导测量弹道数据存在累计误差的不足,基于最优模糊系统构建了惯导测量弹道修正模型.通过遥测弹道数据和高精度GNSS数据构造的输入-输出数据对进行模糊系统设计,以导弹飞行试验的高精度弹道数据和惯导测量数据作为学习目标和样本来训练模型,采用最近邻聚类法建立修正模型模糊规则库.以惯性高度修正为例,验证了该方法的有效性,补全...