无陀螺捷联惯导系统加速度计安装误差研究

刚体的运动包括线运动和角运动,角运动通常用陀螺仪来测量。研究表明可以用加速度计代替陀螺仪来确定刚体的角运动,其关键是选择加速度计的安装位置和方向,即加速度计的配置方式。分析和推导了基于加速度计的无陀螺捷联惯性测量装置的可行条件,对Chen的6加速度计和一种12加速度计配置方式的惯性装置,给出了加速度计安装误差的表达式和试验标定方法并对安装误差进行了补偿。该项研究对中等精度和较低成本惯性技术的发展具有重要的意义。     

弹道导弹IMU斜装余度配置设计的系统性能分析

余度技术是提高导航系统性能的一种重要手段,本文对捷联惯性传感器多余度配置技术进行了研究。针对弹道导弹的特点,设计了适用于背景弹道使用的IMU:由3陀螺正交配置的4加速度计斜装配置构成。分析了影响惯性传感器输出的主要因素,建立了惯性传感器的误差模型,研究了斜装对传感器测量的多重影响,尤其是它对非线性误差的较大改善。在此基础上,设计了具有余度配置结构的惯性测量装置(IMU)．针对该IMU,建立了余度配置系统的标定模型。仿真结果表明,采用该IMU的弹道导弹导航性能显著提高,在现有器件精度下有效提高了系统的精度和可靠性。     

捷联惯性测量单元配置方案及比较

在多加速度计测量运动体角运动信息原理的基础上,对无陀螺和单陀螺捷联惯性测量单元的配置方式进行了研究,给出了20多种配置方式;对几种典型配置方式进行了误差分析和比较,得出如下结论:①适当的9加速度计方案和单陀螺方案具有同一数量级精度;②载体转动角速度Ω=10 rad/s,加速度计安装点距载体质量中心距离ρ=20 cm,惯性测量单元连续工作30 s钟情况下,在无陀螺和单陀螺捷联方案中,要求加速度计综合精度约为1.2×10-6m/s2;最后,文章给出了一种新的测量高速三维转动体运动信息的6加速度计无陀螺方案。     

低成本IMU/GPS车辆组合导航系统设计与仿真研究

设计了一种低成本的IMU/GPS车辆组合导航系统.采用低精度的陀螺仪和加速度计作为惯性测量器件,构成惯性测量装置(IMU);然后,将该IMU与GPS构成组合导航系统,通过设计高效的组合导航算法来提高组合系统的定位精度.实验仿真结果表明,该低成本IMU/GPS车辆组合导航系统具有较高的导航精度,同时有效降低了系统成本.     

无陀螺捷联惯性测试研究

制作了九加速度计阵列的无陀螺捷联惯性测量组合实物模型，并进行转台实验，对加速度计输出信号做了初步分析并进行偏置误差校正和滤波处理，发现用处理后的数据进行解算所得的角速度精度明显提高了一个数量级，从而为提高无陀螺惯性测试的精度提供了一种有用的方法。     

全加速度计惯性测量的优化设计及仿真分析

基于炮弹的几何结构及运动特点。设计了一种十二加速度计组合的无陀螺惯性测量方案用于测量弹体运动时的角速度和线加速度．计算机仿真分析显示这种测量方案直接解算的是弹体运动角速度，并可以有效地消除重力加速度分量对解算弹体运动角速度及线加速度的影响．这种惯性测量技术使惯性测量系统结构简单化，并有可能降低成本。对提高现有常规武器的性能有重大的意义。     

惯性测量组合快速测试方法研究

从捷联惯性测量组合的数学模型开始,提出了一种惯测组合快速测试方法,进行了理论推导,合理编排了测试位置,得出了惯测组合陀螺仪及加速度计各性能参数的计算公式。使惯性测量组合单元测试更趋于简单、方便,提高了测试精度,更加便于部队使用。     

无陀螺捷联惯导系统模型研究

无陀螺捷联惯导系统采用加速度计来解算载体相对惯性系的角速度,从而代替角速度陀螺仪。考虑重力影响,对两种不同配置方式的6加速度计捷联惯导系统建立了载体运动参数解算模型,在此基础上提出了一种12加速度计配置方式,从而利用多传感器的冗余信息对算法进行优化,消除了角速度解算过程中求解微分方程带来的累积误差,提高了角速度解算精度。     

INS/GPS技术趋势

集中讨论了惯性器件、GPS、INS／GPS组合系统的精度、技术发展趋势以及对干扰的一些思考,这些技术将促成精度优于1m的导航系统。在惯性器件方面,介绍了主流的惯性器件技术,预测了未来的惯性器件及惯性导航系统的发展,阐述了计划中的GPS精度增强措施,描述了INS／GPS深组合的趋势,探讨了其组合互补优势,枚举了几个干扰影响的实例并介绍了有望提高系统鲁棒性的一些技术的发展趋势。     

美国惯性器件测试技术发展概况

惯性器件是飞机、舰艇、导弹和航天飞行器惯性制导和控制系统的核心元件。这种器件虽小,但却能决定舰艇和飞行器的导航精度。随着军事工业,尤其是航天和航海事业的不断发展,都对惯性器件的精度提出了越来越高的要求。目前,陀螺仪的精度比初期的提高了3—4个数量级,陀螺仪的漂移量已由三十年代的20°/小时,四十年代的5°/小时降至1959年     

高转速载体惯性测量组合研究

针对目前陀螺仪量程有限,无法用于高转速载体轴向角速度测量的缺点,提出了3种利用加速度计的杆臂效应来解算轴向角速度的方案,用双轴陀螺仪来测量俯仰和偏航方向角速度的惯性测量组合方案.根据函数随机误差公式,给出了载体质心处线加速度和轴向角速度误差传递公式,有利于惯性系统传感器的选择及系统的组建.仿真表明这3种方案在目前陀螺量程还达不到要求的情况下可以用来测量高转速载体姿态,应优先采用方案二,即惯性系统的惯性测量组件由4个加速度计和1个双轴陀螺组成.     

加速度计的动态特性对无陀螺微惯性测量组合性能影响的研究

本文以压阻式加速度计为例,探讨了其动态特性对无陀螺微惯性测量组合的影响.首先,建立了9个加速度计的无陀螺微惯性测量组合模型,并推导了该模型的导航方程,然后根据加速度计的动态特性改进了其导航方程,最后进行了仿真验证.从仿真结果可以看出,对于相同的加速度计,输入信号的动态特性越强,惯性组合的误差越大.因而选用动态特性好的加速度计有助于提高无陀螺微惯性测量组合的性能.本文为无陀螺微惯性测量组合走向实用化,提供了理论依据.     

旋转弹导航系统研究

旋转弹自转角速度大,由陀螺仪和加速度计组成的传统导航系统难以应用,提出用微小型加速度计构成无陀螺微惯性测量单元GFMIMU(Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement U-nit)为旋转弹提供完整的导航信息。根据无陀螺的测量原理,充分利用多个加速度计的冗余输出信息构建自滤波系统,抑制GFMIMU角速度误差的快速发散。为克服GFMIMU长时间工作姿态角误差的积累,采用磁强计与其进行组合导航;从解算精度与实时性考虑,基于四元数描述建立了该组合寻航系统的状态方程和观测方程,并采用二阶插值滤波器进行信息融合。最后,对所设计的组合导航系统进行系统仿真,仿真结果验证了该系统设计方案的可行性。     

惯测组合高低温环境简易标定方法

为简化惯性测量组合(IMU)高低温标定过程,基于输入输出物理量模相等的原理,提出了一种高低温环境IMU简易标定方法,并给出了最佳标定编排。高低温环境下对一套激光陀螺捷联惯导系统进行标定试验,结果表明:与传统标定法相比,简易标定法精度满足导航级惯性导航系统的应用要求。试验证实了简易标定法的有效性。     

激光捷联惯测装置多位置寻北方案

文中将激光捷联惯测装置作为敏感元件．利用激光陀螺敏感地球自转角速率在载体坐标系各轴的分量．加速度计敏感地球重力加速度计在载体坐标系各轴的分量．通过在多位置对激光捷联惯测装置静止采样．解算出系统的方位角．实现激光捷联惯测装置的寻北。     

基于卡尔曼滤波的陀螺仪阵列技术研究

多个相同型号的陀螺仪测量轴相互平行,测量同一个角速度信号所组成的阵列叫做陀螺阵列。通过研究陀螺阵列提高惯性测量精度的信息处理算法,建立单个微机电（MEMS）陀螺仪的两种不同漂移模型,利用Allan方差对漂移系数进行辨识,将辨识出的随机漂移系数应用于卡尔曼滤波。通过卡尔曼滤波将陀螺阵列的信息融合为一个较高精度的输出,证明了卡尔曼滤波的稳定性。通过实验对比了不同建模方法的优劣,并且验证了基于卡尔曼滤波的信息融合方法可以有效提高MEMS陀螺仪的精度。