基于MEMS加速度计的无陀螺车辆导航技术

设计了一种基于低成本MEMS加速度计的无陀螺车载捷联惯导系统,将高精度的MEMS加速度计安放在载体非质心处,代替陀螺来测量载体角运动信息,实现车辆的GPS信号被遮挡时短时间内的导航定位定姿要求;仿真结果表明:对于300 s时间内导航的载体,无陀螺车载捷联惯导系统的位置误差达到了0.0002°,满足导航的精度要求。     

无陀螺微惯性测量装置

首先简要介绍了惯性测量装置及微惯性测量装置的特点及分类,指出了采用无陀螺技术设计微惯性测量装置的优势。并介绍了国内外无陀螺测量技术发展状况,提出了一种新颖的结构设计,推导了导航方程的算法,利用了多传感器的冗余信息对算法进行优化,降低了求解微分方程的累积误差,提高了无陀螺微惯性测量组合的导航精度,最后进行了仿真计算,验证了该方案的可行性。     

一种小型惯性测量单元的精确标定技术

研究了一种基于MEMS陀螺和加速度计的惯性测量单元(IMU)的系统标定技术,建立了陀螺和加速度计的温度漂移和非线性误差模型,采用逐步线性回归法对以上模型进行了简化,并设计了补偿算法;实时补偿效果表明,在-40℃~60℃的温度变化范围内,惯性测量单元的零位偏值、偏值稳定性和非线性度都达到较高精度,这种误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件误差的标定与补偿问题。     

高超声速飞行器惯导系统误差参数两次优化辨识方法

为满足高超声速飞行器高精度和高可靠性的导航要求,提出一种在发射惯性系下利用智能优化算法实现捷联惯性系统误差参数两次优化辨识的方法.建立惯性测量单元(IMU)误差补偿模型和完整的非线性捷联惯性系统导航模型,为数值优化计算提供准确的模型基础.基于SINS/GPS/CNS组合导航系统信息,建立陀螺仪误差优化模型和加速度计误差优化模型,采用两次优化策略分步估计捷联惯性系统误差参数:首先利用粒子群算法对陀螺仪误差参数进行优化辨识和补偿;然后利用粒子群算法对加速度计误差参数进行优化辨识.仿真结果表明,基于组合导航系统信息和非线性优化模型,两次优化辨识方法能够在线辨识出高精度的捷联惯性系统误差参数,陀螺仪和加速度计优化参数值的相对误差均在20%以内,从而有效提高了高超声速飞行器导航精度.     

改进的IMU传感器安装误差正交补偿方法

针对传统的正交补偿方法难以保证惯性测量单元具有较高的正交补偿精度的问题,提出了一种改进的适用于大角度和小角度安装误差角情形的正交补偿方法,该方法分别建立三轴加速度计和三轴光纤陀螺传感器的安装误差方程,对惯性测量单元进行速率标定和多位置静态标定,并利用最小二乘法求解惯性测量单元的安装误差方程参数.仿真和实验结果表明:该方法较传统的正交补偿方法具有较高的正交补偿精度和传感器标定精度,且回避了静态标定时在较大安装误差角下利用转位机构获得零偏存在较大误差的问题,大大地提高了标定效率.     

基于非线性滤波的无人机组合导航新方法研究

提出一种基于微惯性测量装置/多卜勒测速系统的无人机组合导航新方法,并采用非线性滤波-Unscented卡尔曼滤波(UKF)来解决系统状态方程和量测方程的非线性问题.首先,采用低精度的微陀螺和微加速度计作为惯性测量器件构成MIMU,将其与多卜勒测速系统(DVS)构成MIMU/DVS组合导航系统;然后,以MIMU和DVS的系统误差作为状态,利用各子系统输出的速度信息构造量测,设计卡尔曼滤波器,采用UKF法对导航系统误差进行估计,进而对系统进行误差校正.仿真结果表明,基于非线性滤波的MIMU/DVS无人机组合导航新方法具有较高的导航精度,同时有效地降低了系统成本,具有良好的工程应用价值.     

基于修正的卡尔曼滤波的姿态估计算法研究

研究惯导系统的稳定性问题,其中微惯性测量单元(MIMU)可以为捷联惯导系统提供实时的姿态和航向信息。研究姿态估计提高导航精度,由于陀螺漂移引起姿态误差,单独使用MIMU使姿态精度差。为了克服陀螺误差随时间积累不断增大,无法长时间提供稳定的姿态的缺点,提出采用磁强计修正的卡尔曼滤波四元数姿态估计算法。算法以姿态四元数为状态向量,通过四元数更新方程建立离散滤波状态方程,将加速度计和磁强计输出的六维数据转化为四元数的量测值建立量测方程,有效减少了计算量,补偿陀螺的漂移误差带来的影响。仿真结果表明改进算法提高了捷联惯导系统的精度和稳定性。     

UKF滤波在MIMU/GPS组合导航系统中的应用

微惯性测量组件(MIMU)的陀螺和加速度计随机误差较大,系统短时间内的计算误差发散很快,本文推导了惯导误差的Φ角非线性模型,模型的状态变量包括:位置误差,速度误差,数学平台的姿态误差角,陀螺和加速度计的常值偏置.MIMU经过初始对准后,方位误差角可能仍然很大,误差具有较强的非线性,本文使用UKF滤波方法来对误差进行估计,利用GPS来辅助MIMU进行组合导航,通过输出和反馈互相结合的混合校正方式提高了导航精度.     

飞行仿真环境中惯性测量单元建模

准确的惯性测量单元(IMU)模型对飞行仿真至关重要,模型的准确性直接影响仿真试验的可靠性.为了在飞行仿真试验中能够提供有效的角速度和线加速度数据,需要建立准确的惯性测量单元仿真模型.在推导陀螺和加速度计数学模型的基础上,提出了建立陀螺及加速度计的仿真模型方法.为提高模型准确性,考虑了IMU误差影响.通过模拟AD公司的M...     

基于DSP的炮弹无陀螺惯性测量单元应用系统设计

简述了无陀螺惯性测量原理,据此设计了面向炮弹导航的无陀螺惯性测量应用系统.该系统采用十二加速度传感器配置方案,核心算法由数字信号处理器完成.着重考虑了精度、速度等问题并在硬件和软件设计上提出了改进办法;试验表明这些方法能有效的提升系统性能,使系统满足工程应用的要求.     

石英挠性加速度计的误差补偿模型的研究

为了确保捷联惯导系统中加速度计的性能,研究了CHJN-2A石英挠性加速度计的静态输出特性.通过大量的重复性静态实验测试,分析了石英挠性加速度计的误差来源,并建立了影响导航系统定位精度的主要误差补偿的数学模型.结果表明,CHJN-2A石英挠性加速度计的输出特性具有较好的重复性,可以通过软件进行补偿提高它的精度.     

基于FLNN的加速度传感器动态特性补偿方法

对加速度传感器动态性能进行分析,提出其动态性能补偿的神经网络方法,介绍了补偿原理以及神经网络算法,给出用函数连接型神经网络建立的加速度传感器动态补偿网络的数学模型。结果表明:这种补偿模型精度高、能实现在线修正,有良好的鲁棒性及动态补偿器实现简单等优点。     

加速度计温度补偿模型的研究

研究了加速度计的温度特性.通过温度实验,分别得到了加速度计的零偏、标度因子和IF转换电路的温度补偿模型,并在捷联系统中得到应用.结果表明,得到的模型可以有效地补偿加速度计温度误差,通过温度补偿,缩短了系统的预热时间,提高了系统的精度.     

随钻测量用微小型惯性测量单元设计

为满足随钻测量仪器在小口径油井、高频振动、强冲击等环境中的应用需求,使用光纤陀螺与石英挠性加速度计作为传感器组件,设计加速度计信号采样电路,小型化导航计算模块采用SOPC＋SDRAM＋FLASH,完成传感器信号采集、误差补偿、导航解算以及与上位机通信等功能。惯性测量单元（ IMU）集成了电源模块、传感器组件和导航计算机,最终制作成38 mm的随钻测量仪器。实验结果表明：当井斜角不小于5°时,样机能够达到系统姿态解算精度要求（井斜角误差小于±0.2°,方位角误差小于±2°,工具面角误差小于±0.2°）。     

基于FPGA的数字磁罗盘开发

针对电子罗盘的定位导航应用,开发了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)作为微控制器的数字磁罗盘,具有成本低、速度快、功耗小的优点。FPGA负责完成对数字磁阻传感器和数字加速度计的数据采集、方位角计算、LED显示以及串口输出等处理。对罗盘的误差来源进行了分析,重点对其中的硬干扰误差进行了补偿修正。为了验证设计效果,对数字磁罗盘实物进行了测试,测试结果表明:磁罗盘在进行误差补偿后,精度范围能够达到1°～2°左右,且长期运行时稳定,可适用于普通导航领域。     

基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿

为提高三轴加速度计测量精度,根据其误差来源和产生机理,建立了误差模型;通过对误差模型分析,指出三轴加速度计输出轨迹符合椭球假设,提出一种椭球拟合法确定误差模型,实现对加速度计误差补偿。三轴加速度计捷联安装到三自由度转台进行误差标定和补偿,实验结果表明:加速度计最大、最小绝对误差可以减小100倍左右,精度达到10-3m/s2。该方法对采集数据的姿态没有太高要求,补偿效果显著,简单易行。     

一种低成本GPS/DR组合导航系统设计

根据车载导航的特点,运用单自由度的加速度计代替里程计,提出一种基于低成本的单陀螺仪单加速度计的航位推算(DR)方案。航位推算短时精度高,但误差会随时间积累而变大,DR与GPS导航利用扩展型卡尔曼滤波,形成GPS/DR组合导航系统,融合2个系统的优势,完善导航能力。实际测试结果表明,该GPS/DR组合导航系统能满足车载导航的基本需求,在城市峡谷中有较高的定位精度,且在GPS信号遮挡时能保持定位。     

旋转状态下动态倾角测量系统设计

介绍了MEMS加速度计在测量旋转状态下倾斜角度时所产生的误差的来源;阐述了基于MEMS加速度计去除这种误差的动态倾斜角度测量系统;比较了不同方案在精度和软硬件成本、实现复杂度方面的优劣。该研究在军工、航空、航天、航海等各个领域具有较大实际意义。     

基于递归神经网络的加速度传感器动态特性补偿

提出了一种基于递归神经网络的加速度传感器动态性能补偿方法,利用神经网络良好的非线性映射能力,建立传感器的动态逆模型,用实际工作参数训练神经网络,实现对加速度传感器动态特性的补偿。实验结果表明:经过动态补偿后,加速度传感器的系统工作频带得以拓宽,检测信号达到稳态的时间从补偿前的7m s缩短到大约1m s,传感器的动态性能得到明显的改善。     

高动态GPS/INS组合导航中时间延迟软硬件 补偿算法研究

为了解决高动态条件下GPS/INS组合导航中由于两种导航系统时间异步,卫星导航信息滞后导致导航精度下降的问题,分别提出了利用GPS串口延迟时间段内SINS解算出的导航信息变化量来补偿延迟段内误差的硬件补偿方案和基于卡尔曼滤波对SINS频漂进行估计,采用多项式拟合得到融合点处的SINS计算伪距的软件补偿方案.通过建立模型完成了对SINS频漂量及其他误差量的闭环滤波估计及修正.设计了高动态飞行仿真试验,试验结果表明:补偿后的组合导航系统水平位置精度达到±0.12′;速度稳定后精度达到0.45 m/s.该方法缩短了误差的收敛时间,抑制了飞行状态突变的情况下滤波结果出现跳变剧烈等不利现象的发生,提高了组合导航系统的精度和性能.