一种大动态惯导技术在旋转弹上的仿真与实验研究

针对大动态环境下旋转弹的特点,在无陀螺惯性测量系统的基础上,采用一种基于MEMS双陀螺多加速度计的捷联惯导方案。该方案可以克服单纯加速度计的惯导方案对加速度测量和安装精度的苛刻要求,实现对弹轴方向角速度的解算。计算机仿真结果表明,导航解算的误差可以满足旋转弹的精度要求。在仿真分析基础上,给出了一种面向炮弹系统．基于FPGA双核处理器结构惯导系统的硬件实现方案。     

一种弹载视频图像实时消旋方法

提出一种弹载图像实时消旋方法.通过把弹载陀螺输出的旋转角度信号加载到视频图像上进行无线传输,地面站接收视频图像后进行采集,识别出旋转角度并对图像进行反向旋转,实现对弹载视频图像的消旋处理.试验表明,图像消旋系统可实现对720像素×576像素×24bit的彩色弹载视频图像实时消旋处理,角度分辨率为0.5°,处理一帧图像的时间约40ms.     

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。     

减小动态误差的捷联系统姿态算法研究

针对陀螺输出信号的两种不同形式 ,以圆锥运动条件下的圆锥误差和计算量为指标 ,对捷联惯导系统姿态计算中的旋转矢量算法和旋转矢量迭代算法进行了研究 ,分析了由角速度提取角增量的方法对旋转矢量算法精度的影响 ,提出二子样迭代算法不如单步的三子样算法优越。     

MEMS陀螺/半捷联稳定平台信息融合技术

采用小型MEMS陀螺敏感导引头平台和利用导航IMU的陀螺信息和框架角速度信息共同解算的半捷联技术是目前导引头小型化和结构紧凑化的最有效途径。但是,目前采用这两种方法进行导引头稳定平台控制与制导信息生成时与传统导引头控制方法相比仍存在噪声较大的问题。本文利用“虚拟陀螺”技术将这两种信号相互融合,提升信号精度、降低噪声。在分析半捷联信号生成原理、信号特性的基础上,建立了其噪声模型,利用该模型并结合MEMS陀螺的噪声模型,建立了MEMS陀螺和半捷联信号融合系统的状态方程和量测方程,并利用卡尔曼滤波方法实现对真实信号的估计,采用连续卡尔曼理论分析了稳态条件下模型中关键参数对滤波效果和带宽的影响。仿真和实验结果表明,融合系统能够大幅降低原始信号的噪声。     

基于DSP 的地磁陀螺组合测姿系统

为解决弹体姿态控制能力问题,对基于DSP的地磁陀螺组合测姿系统进行研究,将三轴MEMS陀螺与地磁组合成样机,基于旋转矢量法姿态算法和TMS320F28335进行数据处理,并进行转台试验,解算出不同转速下的滚转角并进行误差分析。试验结果表明:该方案能够实时、准确、稳定地处理陀螺和地磁信号并解算出姿态结果,满足姿态控制的要求。     

基于双轴加速度传感器的外弹道转速实时测量方法

旋转弹外弹道自转角速度的实时测量是弹道修正引信弹道解算器设计的重要环节之一。弹丸转速基本检测方法是利用转速传感器,通过外测或遥测进行,尚无法对每发弹进行实时测量。提出了一种测量旋转弹外弹道自转角速度的方法。即利用双轴加速度传感器提取弹丸外弹道横向加速度采样信号的功率谱,结合DSP的数字滤波,对信号做256点FFT处理,得到一组(v-t的离散序列值。试验结果与理论分析相吻合,且能满足弹上解算的实时性要求。     

基于公式近似的末敏弹扫描角计算方法

利用三维角速度陀螺能够测量末敏弹在稳态扫描阶段的扫描角速度和扫描角大小。但是由于末敏弹在稳态扫描阶段的转速较大,用于测量的三维角速度陀螺的量程也较大,在通过积分方法来解算扫描角的时候会产生较大的误差。因此提出,结合末敏弹在稳态扫描阶段进动角速度很大而章动角变化很小的特点,将三轴陀螺的数据,不通过积分,而是直接计算的方法来得到末敏弹的扫描角。误差分析表明:直接计算法比传统的积分法在解算精度上有优势。之后的转台模拟实验和仿真投弹实验,也证明了本方法解算精度要优于传统的积分计算方法。     

利用成像导引头修正空地导弹惯导误差研究

提出在防区外发射空地导弹中制导段,使用其成像导引头修正弹载惯导的算法,算法要求导引头跟踪已知坐标的地标点,测出俯仰和偏航方向的视线角速度,使用扩展卡尔曼滤波对视线角速度和导弹的高度、速度进行信息融合.仿真结果表明这种算法具有较高的位置修正精度,可以用于空地导弹惯导的位置修正.     

两轴地磁信号修正的陀螺姿态算法

目前捷联式惯导系统是惯性技术的发展方向,姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,其精度直接影响弹体姿态控制能力,为此文中提出了一种采用三轴MEMS陀螺进行姿态探测,并用两轴地磁信号解算出的滚转角修正陀螺累计误差的方案,仿真分析了地磁陀螺信号组合测姿算法。结果表明:该方案相对于单纯陀螺信号解算姿态角精度高,可用于改善测姿结果。     

捷联多模导引头弹体角运动解耦设计

捷联导引头输出的信号中耦合有弹体姿态角运动信号,不宜直接用于弹体控制。文中采用直接安装在导引头上的速率陀螺输出的弹体角运动信号对雷达输出信号进行解耦,并针对多模导引头给出解耦电路。     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

基于磁强计/陀螺的卡尔曼滤波定姿算法

针对基于磁强计的组合导航研究中,须事先确定滚转角这一不足,提出了一种磁强计和MEMS陀螺组合确定姿态的四元数卡尔曼滤波算法。利用陀螺测量的姿态角速率,结合磁强计输出的地磁分量测量值,运用卡尔曼滤波算法对三个姿态角同时进行最优估计,而不需要先验假设。仿真误差分析表明:姿态角解算结果具有较小的误差,且不随时间积累。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法

针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法。建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式。仿真结果证明了该方法的有效性和优越性。     

超流体陀螺的动态性能研究

为研究新型高精度超流体陀螺的动态性能,分析了影响其可测的角加速度因素;在构建了热驱动时约瑟夫森频率数学模型的基础上,对可测的角加速度进行了数值分析。研究结果表明：根据通用的参数,超流体陀螺可测的角加速度最大值约为0.32 rad/s²,因此超流体陀螺的动态性能较小,它适合应用于对角速度的精度要求很高,且角速度缓慢变化的领域。     

基于DSP2812的半导体激光器恒功率系统

针对样机陀螺仪中由于半导体激光器功率变化带来的寻北精度降低问题,设计一种基于位置敏感探测器控制的稳恒功率控制系统。其原理是：在阈值电流以上,激光器的输出功率具有与驱动电流呈正比的特性,设定基准电流,以测定电流与基准电流的差值作为反馈信号;在满足设计要求情况下,尽量减少元器件等硬件的使用,提高系统可靠性;软件设计上利用差值电流实现负反馈。通过软件与硬件结合的方式实现对激光器功率的稳恒控制。实验结果表明：与不增加功率稳恒电路相比,新的控制方式使激光器输出功率稳定度提高了50%,基本保持在4.65 mW;陀螺仪寻北精度提高大约70%,极大改善了陀螺仪的寻北性能。     

跟踪微分算法在半捷联稳定平台中的应用研究

以半捷联稳定平台技术研究为背景,分析了快速准确获得导引头角速度的重要性,介绍了跟踪微分算法的工作原理,通过数学仿真和导引头平台实验,将经典微分算法、跟踪微分算法的输出信号相比较,并将跟踪微分器输出信号与速率陀螺输出信号进行对比。结果表明,跟踪微分算法具有良好的微分和抗干扰能力,可行性较强。     

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.     

基于对偶四元数的圆锥及划船误差补偿改进算法

为提高高动态环境下的对偶四元数捷联惯性导航算法解算精度,将梯形数字积分算法应用于圆锥和划船误差补偿算法中,改进了姿态和速度解算算法,提高了对偶四元数捷联惯性导航算法的解算精度。在单个采样周期内,利用前一时刻采集的陀螺角速率信号和当前时刻采集的陀螺角速率信号,通过梯形积分方式计算角增量进行圆锥误差补偿;利用前一时刻采集的加速度计信号和当前时刻的加速度计信号,通过梯形积分方式计算速度增量并结合同一时刻的角增量进行划船误差补偿。通过设计的多组动态模拟仿真航迹验证表明,当角速率和比力作为圆锥和划船误差补偿算法输入时,梯形积分算法的精度高于传统的矩形积分算法,且航迹的动态性越高,改进算法的性能优势越显著。同时,通过动态跑车实验结果的分析对比,进一步验证了该改进算法的实用性。     

基于多圈环绕结构的超流体陀螺噪声抑制方法

超流体陀螺是新一代惯性传感器,其面临的关键问题是：输出存在较大的噪声,引起其高测量精度的潜力不能发挥。为此,基于对管路多圈环绕时的流体感抗分析,构建了多圈环绕时超流体陀螺噪声的数学模型;并综合考虑多圈环绕对超流体陀螺的影响,研究最优环绕圈数,提出基于多圈环绕结构的噪声抑制方法。研究结果表明,随着环绕圈数的增加,超流体陀螺的噪声呈现逐渐下降的趋势。根据通用参数,采用最优圈数进行多圈环绕时,超流体陀螺的噪声值被抑制为无多圈环绕时的1/4. 因此基于该方法,超流体陀螺的测量精度得到了显著提高。