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惯导系统级间动态对准测试系统设计与应用

计算机测量与控制 2024年

作者：汤佳骏汪浩洋董昕阳何子路孙士捷上海机电工程研究所

多级航天装备的惯导系统级间相对安装误差标定精度与补偿效果对其导航精度有着直接影响，实际工程应用时相对安装误差的标定往往是非重复性流程，且缺少快速评估相对安装误差准确性的测试手段；为了提高测试覆盖性，在系统级测试阶段提... 详细信息

多级航天装备的惯导系统级间相对安装误差标定精度与补偿效果对其导航精度有着直接影响，实际工程应用时相对安装误差的标定往往是非重复性流程，且缺少快速评估相对安装误差准确性的测试手段；为了提高测试覆盖性，在系统级测试阶段提出一种惯导系统级间动态对准测试的总体方案，设计了一套检测惯导系统级间相对安装误差的自动化设备；测试设备以基于PXI总线的控制系统为核心，配置摇摆转台提供动态激励，搭载基于LabVIEW开发平台的上位机测试软件，配合上传至产品端的测试软件实现测试流程；通过试验测试验证了测试系统的应用价值，进一步分析测试结果发现了惯导系统级间通信时延问题并改进了测试方法，提高了相对安装误差检测的准确性。

关键词：惯导系统级间相对安装误差系统级测试 PXI总线级间通信时延

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惯导系统传递对准模型的研究进展综述

无人系统技术 2024年第1期7卷 36-49页

作者：徐庚何永旭哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学自动化学院哈尔滨150080 威海栖桐科技发展有限公司威海264203 哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

初始对准是惯导系统开启工作后必须经历的阶段,而传递对准则是一种特殊的动基座初始对准技术,可有效提高武器装备的快速反应和精准打击能力。对惯导系统传递对准模型的研究进展进行了综合评述。首先,从姿态误差的定义出发,系统归纳了ϕ_... 详细信息

初始对准是惯导系统开启工作后必须经历的阶段,而传递对准则是一种特殊的动基座初始对准技术,可有效提高武器装备的快速反应和精准打击能力。对惯导系统传递对准模型的研究进展进行了综合评述。首先,从姿态误差的定义出发,系统归纳了ϕ_(n)角误差模型、ϕ_(m) 角误差模型和相对姿态对准模型,对比分析了三类误差模型的特点。其次,给出了导航速度、相对速度和惯性速度的定义,理论推导了三种导航速度误差方程。然后,介绍了传递对准的量测模型,并重点归纳了基于相对姿态理论的文献所采用的量测模型。最后,讨论了传递对准有待解决的技术问题和未来研究方向。综述表明,误差的数学定义和参考坐标系以及匹配参数决定了传递对准模型的丰富性,在实际使用时,可以根据应用背景以及使用条件选择相应的传递对准模型,而在误差建模、误差激励、性能评估等方面,传递对准技术都有待进一步研究。

关键词：惯导系统传递对准误差模型状态估计姿态误差速度误差相对姿态

地球自转模型误差对高精度惯导系统定位精度的影响分析

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中国惯性技术学报 2022年第2期30卷 154-158,167页

作者：严恭敏戴晨杰陈若彤西北工业大学自动化学院西安710072

针对1 n mile/100 d甚至更高精度的长航时惯性导航定位需求,分析并指出了传统地球自转角速度模型参数的不足之处。根据天文学中的岁差、章动和日长变化等相关模型,推导了求解精确的地球自转角速度的方法,给出了传统地球自转角速度模型... 详细信息

针对1 n mile/100 d甚至更高精度的长航时惯性导航定位需求,分析并指出了传统地球自转角速度模型参数的不足之处。根据天文学中的岁差、章动和日长变化等相关模型,推导了求解精确的地球自转角速度的方法,给出了传统地球自转角速度模型误差的表达式,对惯导系统误差传播方程进行了修正。开展了长航时高精度惯性导航误差仿真验证,结果显示,传统的地球自转角速度模型误差会引起0.1 n mile/100 d的纯惯性定位误差,但经过修正后误差可降低60%以上,仿真结果验证了所描述的误差传播方程的正确性。

关键词：惯导系统长航时高精度地球自转模型误差误差传播方程数值仿真

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日月摄动对高精度惯导系统的影响

中国惯性技术学报 2023年第10期31卷 955-959页

作者：严恭敏戴晨杰杨小康黄国荣西北工业大学自动化学院西安710072 空军工程大学航空工程学院西安710038

针对日月摄动对长航时高精度惯性导航的影响,对其引起的导航误差进行了研究。基于JPL星历DE405,建立了日地月系统的轨道模型,获得三者相对位置信息。利用此轨道模型求解出日月引力摄动对地球表面的惯性器件产生的比力最大达到0.15μg。... 详细信息

针对日月摄动对长航时高精度惯性导航的影响,对其引起的导航误差进行了研究。基于JPL星历DE405,建立了日地月系统的轨道模型,获得三者相对位置信息。利用此轨道模型求解出日月引力摄动对地球表面的惯性器件产生的比力最大达到0.15μg。同时开展了长航时高精度纯惯性导航仿真验证,结果显示日月引力摄动单日内最大可以引起米级的惯性导航定位误差,并在长航时导航中呈现出周期性。同时摄动对导航的影响随着纬度变化而变化,在30°附近影响相对较小,其产生的定位误差在超高精度惯性导航中需要予以考虑。

关键词：惯导系统长航时高精度引力摄动 JPL星历数值仿真

天问一号探测器高动态着陆惯导系统设计与试验

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宇航学报 2022年第1期43卷 30-35页

作者：徐李佳王晓磊冯士伟赵宇林松刘旺旺李茂登郝策王云鹏黄翔宇北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术重点实验室北京100094

考虑到火星探测任务着陆过程动态变化大,稀薄大气环境下开伞会对探测器产生剧烈晃动,为此天问一号探测器研制了一套高动态着陆惯导系统,从硬件产品、使用时序到导航算法方面均进行了针对性设计,以适应着陆过程中的高动态环境。此外,为... 详细信息

考虑到火星探测任务着陆过程动态变化大,稀薄大气环境下开伞会对探测器产生剧烈晃动,为此天问一号探测器研制了一套高动态着陆惯导系统,从硬件产品、使用时序到导航算法方面均进行了针对性设计,以适应着陆过程中的高动态环境。此外,为验证天问一号探测器高动态着陆惯导系统的性能,设计了模拟火星开伞工况的火箭弹高空开伞试验,结果表明该高动态着陆惯导系统的设计满足火星探测任务需求。

关键词：天问一号探测器火星探测高动态惯导系统惯导试验

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惯导系统陀螺漂移的ESO估计算法

系统工程与电子技术 2018年第12期40卷 2804-2809页

作者：夏卫星杨晓东海军潜艇学院航海观通系山东青岛266199

为满足舰艇航行的高精度导航要求,提高惯导系统陀螺漂移估计精度,设计了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的惯导系统陀螺漂移估计算法。首先引入了惯导系统水平姿态角的ESO估计算法;其次基于惯导系统姿态控制方程,研究... 详细信息

为满足舰艇航行的高精度导航要求,提高惯导系统陀螺漂移估计精度,设计了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的惯导系统陀螺漂移估计算法。首先引入了惯导系统水平姿态角的ESO估计算法;其次基于惯导系统姿态控制方程,研究并推导了陀螺漂移的ESO估计算法,给出了估计误差的量化分析结论;最后对算法进行了仿真验证。结果表明,基于ESO的陀螺漂移估计方法可在短时间内快速、无超调、高精度地估计出陀螺漂移,当ΔA_x=ΔA_y=10-5 g时,估计的稳态误差约为10^(-4)(°)/h,提高了惯导系统后续导航精度。

关键词：扩张状态观测器估计陀螺漂移姿态角估计稳态误差惯导系统

惯导系统可观测性及最佳可观测子空间的定量研究

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宇航学报 2006年第3期27卷 345-348页

作者：王新龙北京航空航天大学宇航学院北京100083

应用结构分解理论及奇异值分解法对惯导系统(INS)误差模型的可观测性进行了全面分析。研究了一种基于可观测性定义及奇异值分解法结合的定量确定惯导系统可观测性及可观测度的方法,明确了惯导系统的三个最佳不可观测状态组合;应用线性... 详细信息

应用结构分解理论及奇异值分解法对惯导系统(INS)误差模型的可观测性进行了全面分析。研究了一种基于可观测性定义及奇异值分解法结合的定量确定惯导系统可观测性及可观测度的方法,明确了惯导系统的三个最佳不可观测状态组合;应用线性控制系统的Kalman典范结构分解定理,确定了惯导系统的最佳观测子系统。此项研究成果,为进一步研究INS的快速精确对准及标定技术奠定了理论基础。

关键词：惯导系统可观测性初始对准卡尔曼滤波

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惯导系统的零速校正技术研究

系统仿真学报 2008年第17期20卷 4639-4642页

作者：奔粤阳孙枫高伟陈明辉哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对传统零速校正中存在的问题,提出了改进的曲线拟合法和滤波估计法。改进的曲线拟合法通过对惯导系统误差模型的分析,解耦出速度误差项的舒拉部分。从而更准确地拟合出速度误差曲线。改进的滤波估计法引入偏差去耦技术在零速校正期间... 详细信息

针对传统零速校正中存在的问题,提出了改进的曲线拟合法和滤波估计法。改进的曲线拟合法通过对惯导系统误差模型的分析,解耦出速度误差项的舒拉部分。从而更准确地拟合出速度误差曲线。改进的滤波估计法引入偏差去耦技术在零速校正期间估计出陀螺漂移,并利用速度信息快速估计出方位误差角。仿真分析表明,两种方法都可以有效提高惯导系统的性能。

关键词：惯导系统零速校正曲线拟合偏差去耦

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系泊状态下惯导系统误差参数标定方法研究

系泊状态下惯导系统误差参数标定方法研究

作者：陈晓龙国防科技大学

学位级别：硕士

激光陀螺捷联惯导系统是目前市场上较为成熟的惯性导航系统,具有精度高、可靠性高等优势,但捷联惯导系统的长期工作会导致其系统参数发生变化,从而导致惯导系统精度降低。利用系统级标定方法标定惯导误差参数并进行相应的误差补偿是目... 详细信息

激光陀螺捷联惯导系统是目前市场上较为成熟的惯性导航系统,具有精度高、可靠性高等优势,但捷联惯导系统的长期工作会导致其系统参数发生变化,从而导致惯导系统精度降低。利用系统级标定方法标定惯导误差参数并进行相应的误差补偿是目前提升惯导精度的主要途径之一,鉴于常用的惯导系统误差参数的系统级标定大多是在实验室内的静态恒温标定,无法满足实际外场环境下进行参数标定的切实需求。本文据此开展了实验室温变惯导误差参数标定补偿和系泊状态下惯导误差参数标定的研究,主要包括以下几方面研究内容:1、建立了33维Kalman滤波惯导误差参数模型。论文通过研究惯性导航基本原理,基于惯性导航更新方程,推导了惯性导航速度、姿态、位置的误差方程。在不考虑位置误差的前提下,对速度、姿态误差等模型进行推导,构建了用于惯导误差参数标定的33维Kalman滤波方程。2、针对实验室静态条件下的温变惯导误差参数的标定进行了仿真和实验。论文提出了双轴系统的19位置旋转标定方案,对实验室静态下加载线性增量和加载正弦增量的惯导误差参数进行了标定仿真,并依据仿真结果,进行了温变情况下惯导误差参数的标定实验,结果表明静态温变情况下可以对惯导误差参数实现有效标定。本文在标定实验结果的基础上,构建了实验室静态的惯导误差参数温度补偿模型,实现了对温变情况下在各温度点惯导误差参数的实时补偿。3、针对系泊状态下的惯导误差参数的标定进行了仿真和实验。论文结合真实舰船的船摇数据,使用19位置旋转标定方案对系泊状态下惯导误差参数进行了标定仿真,仿真结果符合实际情况。在仿真基础上利用实验平台进行了系泊状态下惯导误差参数的半实物仿真实验,仿真结果对比实验室静态标定结果证明了系泊状态下惯导误差参数可以实现有效标定。

关键词：惯导系统参数误差标定系泊状态温度补偿模型