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.     

捷联惯导系统的误差模型与仿真

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,简化了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 s导航试验数据.结果表明:导航系X轴的相对系统误差＜20%,Y轴、Z轴的相对系统误差＜4%,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的基本影响.     

基于虚拟仪器技术的捷联惯性/ GNSS组合导航系统自动测试系统设计

捷联惯性/GNSS组合导航系统是飞机定位和导航的重要机载电子设备;但是开发具有模块化、柔性、通用性和远程控制和测试功能的通用自动测试平台,却是一个难题.文中在简要介绍虚拟仪器技术的基础上,提出用虚拟仪器技术开发通用自动测试系统的设计方法;详细介绍了捷联惯性/GNSS组合导航系统测试系统的软硬件设计,重点分析了设计中难点问题及其解决方法.通过实际测试和评估,该综合测试系统性能稳定、可靠,操作方便,界面友好.     

混合式惯导系统自标定技术研究

混合式惯导系统是一种集平台式、捷联式、旋转式惯导系统优点于一体的新型惯导系统。该型惯导可利用自身的旋转机构和高精度、高分辨率角度传感器实现不拆机条件下的误差参数自标定功能,极大简化了标校流程和系统维护工作量,有利于武器平台和作战系统效能的发挥。针对混合式惯导系统的结构特点和典型的旋转方式进行了误差分析,给出了误差参数自标定的设计原则和方法,并用混合式惯导原理样机进行了验证,结果表明,所设计的自标定方案能够在不拆机条件下利用自身旋转机构完成对陀螺漂移、加计零偏、刻度系数误差及安装偏角等参数进行精确估计,因此具有较高的理论意义和工程应用价值。     

无人机磁惯导系统中陀螺仪的叉积标定算法*

针对无人机磁惯导系统(MINS)中的三轴MEMS陀螺仪的现场标定问题,提出了一种叉积标定算法。该方法基于载体矢量变化率与角速度关系来标定陀螺仪的各项误差,即导航坐标系中任一常矢量在无人机载体坐标系中对时间的变化率,可表示为该矢量与载体角速度的叉积。叉积标定法利用这一原理,可在无精密设备的条件下快速、便捷地对三轴陀螺仪进行标定。数值仿真表明,叉积标定法在微分形式和积分形式下都能有效地辨识和补偿陀螺仪的各项误差系数,并且能在各种不同因素影响下获得良好的标定效果。实物试验结果证明,基于地磁矢量辅助的叉积标定法对MINS模块中陀螺仪进行标定时,其精度达到0.227 9°/s,能够接近于转台标定的水平。陀螺仪标定后的数据与旋翼无人机飞控中的二阶互补滤波算法相结合,使得定点悬停状态下角度偏差控制在0.8°以内,有利于无人机现场标定和实际飞行中姿态数据的量测。     

长航时惯导系统全阻尼综合校正算法

针对惯导系统长时间工作时导航误差随时间发散的问题,提出一种适用于长航时惯导系统的全阻尼综合校正算法。设计了全阻尼网络,利用外部速度量测对惯导系统进行水平和方位阻尼,衰减了导航误差中舒拉周期及地球自转周期振荡;根据全阻尼条件下的惯导系统误差传播规律设计了综合校正算法,利用不定期获取的外部参考位置计算导致导航误差发散的陀螺漂移并进行修正,更好地保证了惯导系统的工作自主性。试验结果表明,该算法明显地抑制了惯导误差随时间的发散,可有效提高长航时惯导系统的导航精度。     

一种新的舰载惯导系统摇摆基座初始对准方法

针对舰载惯导系统在摇摆基座条件下高精度初始对准问题,提出一种简单且易于实现的快速初始对准方法。利用开路法构建数学稳定平台隔离载体摇摆运动,提高了高精度舰载惯导系统摇摆基座对准过程中量测数据的信噪比,缩短了对准时间并提高了误差参数的估计精度;建立了开路法数学平台偏角的误差模型,利用参数辨识法提取相关对准参数,从而估计出陀螺漂移和数学平台偏角并进行补偿。海上试验结果表明,该对准方法可在8 h内达到优于0.000 5°/h的对准精度,有效地解决了摇摆基座条件下舰载惯导系统的高精度初始对准问题。     

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。     

垂线偏差对惯导系统位置误差的影响分析

针对制约高精度惯性导航系统精度的垂线偏差误差项问题，研究了垂线偏差对惯性导航系统水平位置误差的影响及各级惯导系统误差补偿时垂线偏差的指标需求。首先，推导了垂线偏差引起的惯导系统误差项的直接差分法和四阶龙格库塔数值更新算法，对比分析了两种算法在不同地区的水平位置误差的更新效果；然后，采用3种分辨率的垂线偏差网格数据对惯导系统进行补偿；最后，分析了垂线偏差补偿频率对位置误差补偿的效果并开展了车载导航DOV补偿实验。仿真及实验结果表明，两种误差更新算法都可以有效计算水平位置误差；垂线偏差最大可引起近3 000 m的位置误差，水平姿态误差与方位姿态误差1 h漂移约18″和72″;经DOV补偿后，水平定位精度提升了约230 m。     

基于虚拟仪器的组合导航系统测试平台的设计

提出利用虚拟仪器技术开发测试平台的设计方法,详细介绍了某型组合导航系统测试平台的软硬件设计,重点分析了设计中难点问题及其解决方法.通过实际测试和用户使用,证实该测试平台具有系统性能稳定、可靠,操作方便,界面友好等特点.     

无人机磁惯导系统中航向校正的双内积算法

针对无人机磁惯导系统中广泛采用的三轴磁强计,建立航向角误差模型,分析出航向角的非对准误差等效为常值误差加半圆罗差,提出了一种基于双内积的航向误差校正方法,即利用地磁场矢量与自身内积得到的模值为定值以及地磁矢量与重力矢量二者的内积为常数原理进行航向角解算补偿。该方法能克服基于矢量模值不变校正方法无法补偿非对准误差的缺陷,可实现三轴磁强计的完全校正。数值仿真及实验结果显示,该方法校正效果优于标量校正法、点积不变法以及两步法,能有效降低磁场矢量的模值误差和无人机航向角误差,且对磁惯导系统中的传感器噪声有较好的鲁棒性。     

IMU转动角速度对旋转SINS的精度影响分析

针对惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转角速度变化过程对旋转调制型捷联系统(strapdown inertial nav-igation system,SINS)定位精度的影响进行分析和研究。例举IMU旋转方式并分析旋转自补偿技术调制惯性器件偏差的基本原理;详细推导了IMU运动状态变化过程对调制型捷联系统导航精度的影响并分析了IMU正反转方案的误差特性,最后根据仿真分析确定旋转角速度的选取依据。在理论分析的基础上进行了仿真实验。结果表明,IMU的旋转运动可以有效地调制惯性器件部分偏差,但是旋转角速度的大小及角速度变化过程依然会对调制型捷联系统的定位精度产生影响。     

GPS/INS组合导航系统的研究

讨论了飞机惯性导航系统(INS)与全球卫星导航系统(GPS)的利与弊以及卡尔曼滤波方法在组合定位中的应用情况,进一步提出了基于神经网络数据融合方法的GPS/INS组合导航系统.系统神经网络结构采用单隐层的三层神经网络,输入输出神经元数目是4个,基于256个训练样本由经验公式求得隐层神经元数目为8个,同时还建立了惯导系统的数学模型和数据融合的数学模型.给出了利用MATLAB编制的神经网络训练程序并对这一神经网络进行了训练和仿真.实验表明,组合导航系统经度误差可达9m,纬度误差可达8m,与单独GPS定位和INS定位相比精度得到了提高.     

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.     

基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算

载体的姿态解算算法是实现捷联式惯性导航系统精确导航的核心技术之一。分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,采用四元数法与方向余弦法两种解算方法分别计算载体姿态,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到解算的相对误差,从而验证了四元数法的正确性和有效性。最后,指出提高采样频率和采用高阶计算算法能进一步减小姿态解算误差。数字化仿真与转台试验结果表明,本文提出的载体姿态解算法的理论数值相对误差为10^-10％,测试实验相对误差为10^3％,计算时间为36μs,具有良好的实时性。     

机载光电/惯性组合着舰导引算法研究

提出了一种基于红外探测的机载光电/惯性组合着舰导引新方案,综合机载红外热像仪和惯导信息实现舰、机运动分离,完成舰载机半自动或自动着舰导引,具有精度高、自主性好、不易受电磁干扰的优点.阐述了系统方案,并深人研究了靶标规则摆放情况下的着舰导引算法,给出了计算机仿真结果.仿真结果表明,舰机相对航向角估计误差小于10′、着舰位置估计误差小于1 m,验证了方案的可行性及算法的有效性,具有较高的工程应用价值.     

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°.     

捷联惯导/天文导航/合成孔径雷达组合导航系统

设计了适用于巡航导弹的捷联惯性/天文导航/合成孔径雷达(SINS/CNS/SAR)组合导航系统,针对巡航导弹对导航系统高精度和自主性的要求以及其匀速、等高状态飞行的特性,突出工程实用性,对SINS/CNS/SAR组合导航采用非线性建模,非线性的无迹卡尔曼滤波(UKF)方法进行各子滤波器的滤波,非线性的模型和滤波方法更符合实际,因而提高了系统精度,而子滤波器之间的信息融合过程选择基于信息分配因子实时调整的联邦滤波器,大大增强了系统的容错性和实时性。提出了一种新的可观测度计算方法,简化了可观测度的计算。数字和半实物仿真实验表明组合导航系统对于巡航导弹高空长航的飞行环境具有很强适用性,该组合导航系统不但适用于巡航导弹,也适用于无人机等其他一些长航时飞行器,具有重大的工程应用价值。