MIMU系统设计研究

按照GJB3183和GJB729的要求,设计了满足小型化、低成本、中等导航精度的微惯性测量单元（MIMU）.根据MIMU系统要求,计算了陀螺和加速度计性能指标、A/D参数,设计了温控及电源模块,并搭建MIMU;然后进行信号采集与预处理分析,通过蒙特卡罗方法进行仿真,评估了系统精度;最后分析了设计的可行性.     

基于MIMU的微小型组合导航系统研究

介绍了基于MEMS技术的MIMU的构成、工作原理及安装误差补偿方法,设计了-种由MIMU与微小型GPS接收器组成的导航系统,系统采用闭环反馈的校正方式,能对MIMU的位置、速度误差、数字平台误差及微惯性器件误差作出最优估计并实施反馈.仿真分析表明,该组合方式能抑制滤波发散,提高长期导航精度.该系统具有体积小、重量轻、功耗低的特点,可适用于微小型飞行器的导航任务.     

星敏感器辅助的捷联光纤航姿误差在线估计方法研究

提出了一种基于星敏感器辅助的舰载光纤捷联航姿系统（SAHRS）误差在线估计方法,以初始时刻舰船惯性坐标系为参考系,直接以星敏感器输出惯性姿态为基准,估计陀螺仪的常值漂移;在舰船系泊状态下,以重力矢量在惯性空间的投影为基准,利用比力的积分量构建观测值,估计加速度计零偏。该方法无需拆卸系统,陀螺与加速度计误差估计完全分离,估计收敛速度快、实时性好。仿真结果表明：该方法可实现在静止基座和摇摆基座条件下捷联航姿陀螺仪常值漂移及水平加速度计零偏的在线估计,估计精度分别优于0.02°/h和50 μg.     

陀螺寻北仪的算法改进

陀螺寻北仪的算法改进采用基于二位置寻北算法.用转位对消常值漂移,并忽略惯性器件随机漂移误差项.将陀螺和加速度计的机械误差、物理量误差、标度因数及量化误差等测量值输入补偿模块,进行二位置寻北解算和转角误差补偿.实验表明本方法增强了寻北精度.     

微惯性测量装置的性能试验及分析

以采用MEMS惯性器件组成的微惯性测量装置(MIMU)为试验对象,介绍了其中的惯性器件的主要性能指标的试验方法和试验结果,同时也给出了采用MIMU的输出数据进行姿态解算的试验结果。     

基于椭球拟合的弹载MIMU现场快速标定技术

为解决微惯性测量单元(micro inertial measurement unit,MIMU)中惯性器件的零位输出和灵敏度随时间推移而变化的问题,提出了一种基于椭球拟合的现场快速标定方法。通过建立椭球约束模型、设计现场标定方案、求解二次曲面方程得到了MIMU中加速度计零位、灵敏度等待标定参数;对比实验验证了该标定方法的准确性和有效性,试验结果表明该标定方法可在没有精密标定设备的环境下(如靶场)进行现场标定,其标定精度与转台标定结果精度相当,具有一定的工程应用价值。     

地磁/陀螺复合测姿的模块化分析误差补偿方法

针对地磁传感器和硅微陀螺的复合姿态测控系统受外界复杂环境干扰,导致弹箭姿态控制精度低,提出利用模块化分析法,分模块对系统组成的MIMU模块、浮点DSP控制模块、AMR模块进行误差分析和补偿,提高了复合测姿系统的姿态测量精度。转台试验表明:该方法具有漂移小、稳定性好、精度高等优点。最后的姿态解算误差在2°左右,能够很好地反映弹体飞行姿态,对地磁传感器和硅微陀螺的工程应用提供了有效的方法。     

辅助信息源短时失效下的捷联惯性基组合导航算法

捷联惯性基组合导航中,辅助信息源短时失效会导致组合精度降低,对此提出高斯过程回归辅助捷联惯性基组合导航算法。该方法利用经过组合导航闭环校正的捷联惯性导航系统速度输出作为高斯过程回归的训练输入集,辅助信息源的速度输出作为训练输出集,在未发生失效时对高斯过程回归进行训练,辅助信息源失效时利用高斯过程回归预测辅助信息源输出以实现组合滤波量测更新。在实测实验中,利用低精度微机电系统/全球定位系统组合车载数据,比较所提算法与传统算法在失效情况下姿态、位置和陀螺常值漂移估计效果。结果显示：在60 s的短时失效情况下,所提算法纵摇、横摇、位置估计效果提高90%左右,航向估计提高70.7%,东向、北向陀螺漂移估计分别提高10.3%,10.8%,证明所提算法可以有效地解决组合导航中辅助信息源短时失效问题。     

基于FCM的方位标测量数据野值剔除方法研究及应用

针对传统手工剔除方位标测量数据中的野值,存在效率低、易出错的问题,根据方位标测量数据是对固定目标进行多次连续测量的特性,提出了将模糊C均值聚类技术应用到方位标测量数据预处理中。通过对测量结果的多次聚类,逐步剔除野值,从而得到方位标测量数据的最优集合。通过试验表明:该方法不仅效率高、算法简单易实现,而且能保持数据的完整性。     

激光陀螺漂移的非平稳随机信号建模

利用实测的激光陀螺漂移数据,采用时间序列分析和系统辨识方法对陀螺漂移进行深入的分析.研究内容包括陀螺漂移数据的采集、数据的统计分析与预处理、平稳性检验及相关函数分析、模型形式的选取及模型参数的估计、模型的适用性检验等问题.通过以上的分析和研究,最终建立了激光陀螺漂移的数学模型,为激光陀螺漂移的补偿及为惯性组合导航研究奠定了基础.     

双位置初始对准技术在车载捷联惯导系统中的应用研究

针对车载捷联惯导系统的特点, 采用双位置初始对准的技术方案实现其初始对准.重点介绍了双位置初始对准及陀螺测漂的基本原理, 进行了大量的实验研究, 并采用改良卡尔曼滤波算法进行实验数据的处理.实验结果表明, 双位置对准方案消除了陀螺常值漂移和加速度计零偏对对准精度的影响, 提高了对准精度, 并且在对准的同时标定出陀螺常值漂移和加速度计零偏, 在导航状态给以补偿, 有效地提高了导航定位精度.     

基于惯性系下陀螺误差在线估计修正的惯性与星光组合导航方法

传统惯性与星光组合通常需要将惯性系下的星光姿态信息转换到导航坐标系进而与惯性导航系统进行姿态组合,由于姿态信息转换过程中通常需要引入地理位置信息实现转换,从而不可避免地引入转换误差,无法充分发挥高精度星光姿态信息对惯性导航误差的修正作用。考虑到陀螺原始输出信息和星光姿态信息均能直接在惯性参考坐标系下测量获得,设计了一种基于惯性系下陀螺误差在线估计修正的惯性与星光组合导航方案。通过建立基于惯性系下陀螺误差估计修正的惯性与星光组合导航数学模型,直接在惯性系下对陀螺漂移误差进行在线开环跟踪估计;通过对陀螺误差实时修正,能够有效减小由于陀螺漂移所带来的惯性导航系统解算误差。仿真结果表明,该方案能够有效估计出陀螺的漂移误差,进而有效提高了惯性导航系统精度。     

半捷联微惯性测量系统同轴度误差解析评定

半捷联微惯性测量方法的提出为高旋弹药飞行姿态的高精度测量提供了一种全新的解决方案,而复杂的半捷联机械结构又给测量系统带来了不可忽略的同轴度问题。针对半捷联系统的同轴度问题,在介绍半捷联微惯性测量系统基本组成结构与工作原理的基础上,分别提出了适用于半捷联系统外筒与内筒的同轴度解析评定方法。其中,外筒的同轴度测定方法参考现有标准测量方法,而内筒的同轴度测定,则是在推导存在同轴度误差角时微惯性测量组合（MIMU）输出模型的基础上,详细设计了适合半捷联内筒同轴度的动态标定方法,利用系统自身组部件完成了同轴度误差角标定,并在实验条件下对径向陀螺输出作了误差补偿,验证了该方法的可行性,最终完成了半捷联微惯性测量系统同轴度误差的综合解析评定。     

发射系下SINS/GPS 组合导航系统的算法研究

基于地理坐标系下的传统捷联惯性导航系统无法直接获取发射系下的导航参数,难以满足空天飞行器等高轨道飞行器对高精度、高可靠性导航系统的需求,研究了发射系下捷联惯性导航算法.搭建了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SINS/GPS组合导航模型,传感器获取的导航量测信息直接在发射系下进行捷联惯导解算,为飞行器等提供位置、姿态等信息.采用STM32、XSENS惯性器件和GPS接收机构建相应的算法验证平台.实验结果表明:发射系下的SINS/GPS组合导航系统能提供较高的导航精度,从而验证了发射系下的SINS/GPS组合导航系统算法的正确性与合理性.     

石英振梁加速度计的小波神经网络温度补偿研究

捷联惯导系统中使用的石英振梁加速度计随温度输出漂移比较显著,通过理论分析和试验研究了其静态定点温度特性,提出了在处理受温度影响的加速度计数据时建立基于梯度下降学习算法的小波神经网络模型,并对其进行补偿。通过惯导系统初始对准实验结果表明,该方法与传统的最小二乘法相比,小波神经网络的非线性逼近能力更强,曲线拟合精度更高,能有效补偿加速度计的温度漂移,降低惯导系统初始对准后的姿态解算误差。     

被动式半捷联平台的动力学模型及其稳定性分析

在某些高速滚转的制导炮弹中,捷联式惯性测量系统无法同时满足测试精度与量程的要求。被动式半捷联平台可以通过隔离弹体滚转运动有效解决这一问题。通过对弹体及被动式半捷联平台进行力学分析建立了半捷联平台内筒的动力学模型,通过4阶龙格-库塔法对动力学模型进行了数值求解,得出不同弹体俯仰角下平台内筒的滚动角度和角速率值。在三轴高速转台上进行了地面半实物仿真实验,转台实验结果与数值计算结果相符。计算及实验结果表明弹体飞行俯仰角越小,平台内筒的滚动角度和角速率就越小,被动式半捷联平台就越稳定。本研究适用于常规弹药的制导化改造,具有一定的工程应用价值。     

双轴旋转调制最优转位次序的设计方案

旋转调制型捷联惯导系统是惯导系统新的发展方向,可有效提高惯导系统的导航精度,而转位次序的设计是旋转调制方案的关键。为了解决传统转位次序设计方案存在局部最优的问题,本文提出一种新的双轴全局最优转位次序设计方案。在分析双轴旋转调制转动过程中的常值漂移、标度因数及安装误差抵消原理的基础上,进一步研究了安装误差与最优转位次序的关系并给出了设计依据。基于此设计了一种最优八次序转位方案。经过与传统的双轴八次序转位方案的仿真对比分析,在设定条件下,姿态、速度及位置误差的振荡情况分别减小了约1/3,1/2及1/3,并且经度误差的发散速度也得到了改善。     

以高精度惯组为参考的MEMS惯组参数在线估计方法

针对传统冗余惯性导航系统存在成本高,体积大,功耗大的问题,提出采用低精度MEMS惯组参与惯性导航冗余的导航系统冗余模式.利用MEMS惯组单次通电稳定性具有优势的特点,利用高精度惯组信息对低精度惯组参数进行在线估计.免除因增加惯性器件导致射前标定的大工作量.针对导航参数在飞行器飞行过程中可能发生变化的问题,提出一种自适应滑动窗口估计方法,利用数据的分散性对有效估计时间进行决策,并采用最小二乘法对参数进行估计,仿真结果表明该方法是有效的.