捷联惯导系统误差模型与仿真分析

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响。应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型。在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图。在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150秒导航试验数据,结果表明：导航系X轴的相对系统误差小于20%,Y轴、Z轴的相对系统误差小于5%,验证了误差数学模型的正确性。此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生基本的影响。     

单轴旋转惯导系统建模与仿真

建立了单轴旋转式捷联惯导系统数学模型和仿真模型,采用的导航算法能有效避免转台测角误差对系统定位精度造成的影响;仿真结果表明旋转IMU能提高抑制惯导定位误差的累积,提高惯导定位精度、姿态精度和速度精度也同时得到提高。     

基于MEMS的低成本捷联惯导系统实现

通过对Model121x-002加速度计、LCG50角速率陀螺的特性和参数分析,利用PC10工控机设计出一个完整的捷联惯导系统硬件平台。在硬件平台基础上设计了简单实用的系统软件,实现了完整的低成本捷联惯导系统。经校准、标定后,系统的精度和稳定性基本达到了设计目标。     

惯导系统误差仿真

利用静基座下惯性导航系统的误差方程，应用Matlab／Simulink建立了惯导误差仿真模型。文中对初始值误差，加速度计零位误差及陀螺常值漂移共同作用及各自分别作用条件下进行了仿真，通过仿真曲线对各误差源进行了简要地分析。     

捷联惯导系统十二加速度计配置方案研究

简述无陀螺捷联惯导系统原理的基础上,针对某工程应用背景特点,提出了一种十二加速度计的安装方式,推导了其力学编排,对优化加速度计配置、提高算法精度有一定的现实意义。     

激光捷联惯导便携式测试设备设计及实现

针对激光捷联惯导提出了便携式测试设备的研制方案。基于易携带、智能化、高可靠、低成本的原则,通过选用加固型平板电脑,优化的软件人机界面和流程设计,研制成功了激光捷联惯导便携测试设备。通过大量试验和用户的使用,表明该设备能方便迅速地实现在外场条件下惯导功能及性能测试的设计要求。     

适用于低精度惯导的非线性对准方法研究

给出了一种适用于低精度惯导的非线性对准模型.用乘性四元数形式定义捷联惯导的姿态误差,推导了捷联惯导的非线性速度误差方程和姿态误差方程.基于速度量测信息,给出了大失准角条件下的非线性对准模型,通过UKF算法估计失准角完成精对准.仿真结果表明,在陀螺精度为0.1°/h的情况下,在360s对准时间内达到水平0.03°,方位1.5°的精度(1σ).即使当方位误差达到90°,非线性模型仍能正常收敛.最后通过转台摇摆试验进一步验证了非线性模型的有效性.     

一种新型微惯性测量组合捷联惯导系统的研究

在大动态环境下,测量载体的角速度的陀螺仪已经很难满足陀螺仪量程的要求。本文针对具有大角速度和大角加速度的短时飞行的动态载体,利用加速度计的输出公式和惯性器件的测量值,解算出载体质心的线加速度和角速度;根据微惯性测量组合捷联惯导系统原理设计了微惯性测量组合的安装方案并且论证了该组合方案的优越性;通过MATLAB软件对该方案经行了仿真,结果表明该方案有效提高了系统精度。     

三轴旋转捷联惯导系统旋转方案设计

为了弥补在调制型捷联惯导系统中,相对地理系的旋转方案无法抵消陀螺仪各误差项与地球自转角速度耦合项的缺点,提出了相对地心惯性系的三轴旋转方案.在分析了调制型捷联惯导系统中惯性器件常值偏差的误差传播规律后,结合其误差传播特性提出相对地心惯性系三轴旋转方案的旋转路径设计原则,并依据该原则设计了三轴四位置旋转方案.利用仿真实验和实物试验验证了该旋转方案的正确性,并将试验结果与相对地理系的旋转方案进行对比,对比结果表明该方案能够消除惯性器件所有常值偏差对导航信息的影响.     

基于IMU旋转的捷联惯导系统自补偿方法

为了有效地抑制惯性器件常值偏差对惯导系统导航精度的影响,提出了基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的自动补偿方法.由于旋转的引入,IMU中陀螺仪和加速度计的常值偏差被调制成正弦信号,通过积分运算可以有效地消除常值偏差对惯导系统导航精度的影响.在分析单、双轴旋转补偿原理的基础上,提出一种改进的单轴旋转调制方法并对该方法进行了理论证明和实验分析.与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明该方案可以消除所有方向上惯性器件常值偏差的影响,有效地提高系统的定位精度.     

MEMS-based rotary strapdown inertial navigation system

As the inertial navigation completely depends on the sensed acceleration and rotation rate by IMU, the sensor errors accumulate and eventually lead to diverged inertial solutions. Therefore the compensation of the inertial sensor errors is an effective approach to improve the SINS navigation performance. The rotation error modulation in rotary SINS, which has been extensively used for the filter-optical IMU in the past, is one of the techniques to compensate or mitigate the inertial sensor errors and eventually improve the system navigation performance. The rotary SINS is an inertial navigator in which the IMU is installed on the rotational platform and rotated following the pre-designed rotation configuration, and the rotation error modulation is the technique that compensates the navigation errors caused by inertial sensor bias in a complete rotation cycle by rotating IMU. Given the auto-compensation of inertial sensor bias in rotation error modulation, the objective of this paper to develop a MEMS-based rotary SINS, in which the significant sensor bias is automatically compensated by rotating the IMU, to offer the comparable navigation performance to tactical-grade IMU. Simulation results indicate that, compared with the conventional method, the proposed approach attenuates the navigation errors and improve the calibration accuracy based on the reciprocating rotation scheme can be used to automatically improve the observability.     

捷联惯导系统姿态解算的实现

提出了捷联惯性导航系统姿态解算模块的一种实现方法。基于DSP的硬件平台和四元数的数学平台,设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法,并给出了四元数法的四阶龙格—库塔数值解法。设计了姿态解算模块的硬件电路和软件实现程序。实验测试结果表明,在增量角小于5°的情况下,四阶龙格—库塔法进行姿态解算,误差小于0.0053％,能够满足捷联惯性导航系统的精度要求;应用TMS320C6713B进行硬件电路设计,每次解算时间小于36µs,能够满足捷联惯性导航的实时性的要求。     

三轴光纤陀螺捷联惯组热致漂移整体式补偿

针对光纤陀螺热致漂移补偿问题,提出一种整体式三轴耦合线性多变量光纤陀螺捷联惯组系统热致漂移补偿模型,该模型由温度梯度、温度和温度二次方多项式组成。根据模型线性特性,采用最小二乘法确定模型参数。进行实验采集漂移数据进行模型验证,为提高参数辨识精度,提出了一种滑窗MAD(sliding window median absolute deviation,SWMAD)法以剔除野值点,引入梯度倒数加权滤波器(gradient inverse weighted,GIW)对数据进行预处理,处理后的数据通过奇异值分解(singular value decomposi-tion,SVD)进行降噪。补偿结果表明,提出的三轴耦合线性多变量模型能有效补偿系统的热致漂移,并能提高系统精度。     

一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法

针对单轴旋转式捷联惯性导航系统,提出了一种基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的三位置初始对准方法.在系统可观测性分析的基础上,建立IMU姿态与失准角之间的关系,提出了使失准角估计偏差为零的三位置对准方法.与以往固定位置对准和两位置对准进行了比较,表明该方法可以消除不可观测的水平加速度计零偏和东向陀螺常值漂移对初始对准精度的影响,大大提高了系统初始对准精度.     

基于SINS/DR组合导航和地图匹配技术的地铁定位方法研究

随着轨道交通的发展,地铁在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色,地铁的定位技术也是移动闭塞实现的关键.本文针对地铁无法使用GPS且地面设备复杂,成本高的缺点,提出了一种基于惯性测量单元(IMU)和速度传感器辅以轨道电子地图的自主定位方法,在抑制捷联惯导系统(SINS)的误差发散的同时,减少了航迹推算(DR)由于姿态角误差造成的累计误差.根据铁路线路的特殊性,提出了运用最小二乘进行地图匹配的方法校正组合定位带来的误差,极大提高了定位的精度,同时减少了对轨旁设备的依赖性,降低了造价和维护成本.     

An innovative transfer alignment method based on federated filter for airborne distributed POS

The real-time and high-precision transfer alignment between the master and slave systems is the key issue for the airborne distributed Position and Orientation System (POS) to realize real-time and high-precision measurement of multipoint motion parameters. To solve the problem, this paper proposes a transfer alignment method based on federated filter, in which the high-dimensional state vector is divided into two parts and as the state vector of two local filters respectively instead of estimating in a centralized filter. This idea reduces the dimension of the system state vector; thus the computation speed is improved. The results of simulation and static ground experiment show that the proposed method runs faster than centralized filter by more than 10% and its alignment precision has the same level as centralized filter’s.     

Mathematical simulation of temperature field control of the strapdown inertial navigation system based on optical fiber sensors

Mathematical models of an active double loop reversible temperature control system based on thermoelectric Peltier modules for controlling temperature fields of individual fiber optic inertial sensors, and the strapdown inertial navigation system containing these sensors, are constructed and investigated. The supporting software is developed. Parameters of the temperature control system are selected. The performance of dynamic systems under severe temperature conditions is evaluated.     

一种新的基于加速度计的无陀螺捷联惯性导航系统设计与实现

提高角速度解算精度是提高无陀螺惯性导航系统导航参数解算精度的主要途径.本文通过对基于加速度计的无陀螺惯性导航系统的基本方程进行分解分析,研究了提高角速度解算精度的所有可能的加速度计安装布局方案,并结合考虑各种可能方案的原理样机的机械加工难易程度后,设计确定了一种新的既能够提高角速度解算精度、又易于实现样机研制的9加速度计的设计安装方案,根据该方案研制了样机,编制了导航参数解算软件,对系统进行了实验测试,实验结果表明,在静态条件下,研制的无陀螺惯性导航系统1 h的位置误差精度达到了1.5 km,姿态解算精度达到了0.082°.