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捷联惯导单轴转停调制中角变速运动影响研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第4期41卷 31-35页

作者：孙枫王秋滢齐昭哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对调制型捷联惯导系统中旋转机构的角变速运动,建立了角变速运动模型,推导了该运动过程中惯性器件常值误差和刻度因数误差的形式,在此基础上设计了抵消该误差的旋转运动方式,给出针对角变速运动过程的旋转方案设计原则.利用仿真试验... 详细信息

针对调制型捷联惯导系统中旋转机构的角变速运动,建立了角变速运动模型,推导了该运动过程中惯性器件常值误差和刻度因数误差的形式,在此基础上设计了抵消该误差的旋转运动方式,给出针对角变速运动过程的旋转方案设计原则.利用仿真试验比较了两种转停方案系统定位误差,试验结果验证了改进旋转方案的正确性与适用性.利用自研光纤陀螺系统工作在不同旋转方案下进行验证性试验,结果表明该方法能够有效地抑制旋转过程中角变速运动的影响,提高系统的导航精度.

关键词：调制型捷联惯导系统旋转机构角变速运动运动模型惯性器件误差抵消方法

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光纤捷联惯导系统的双轴旋转调制方案

哈尔滨工程大学学报 2014年第12期35卷 1536-1542页

作者：于飞阮双双哈尔滨工程大学理学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对目前常用的双轴旋转方案对惯性器件的标度因数误差和安装误差的调制不完全的缺点,提出了一种改进的双轴旋转调制方案。该方法通过逐步分析系统的误差传播特性,设计每一转动次序的转轴和转动方向,使前后次序残余的器件误差互相抵消,... 详细信息

针对目前常用的双轴旋转方案对惯性器件的标度因数误差和安装误差的调制不完全的缺点,提出了一种改进的双轴旋转调制方案。该方法通过逐步分析系统的误差传播特性,设计每一转动次序的转轴和转动方向,使前后次序残余的器件误差互相抵消,从而提高了双轴旋转调制的效果,满足了捷联惯导系统自主导航精度的要求。对实验室常用的双轴旋转调制方案和改进的方案进行了对比研究,仿真和试验结果表明,改进的双轴旋转方案的速度误差和定位误差曲线的周期振荡幅值较原方案显著减小,而且误差曲线整体发散的速度也非常缓慢。

关键词：光纤捷联惯导系统惯性器件误差双轴旋转方案残余误差周期振幅自主导航系统精度

基于重力矢量积分的SINS对准算法误差分析(英文)

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传感技术学报 2013年第3期26卷 361-366页

作者：吴枫秦永元周琪朱启举王海明西北工业大学自动化学院西安710129 陕西华燕航空仪表公司陕西汉中723102

针对基于重力矢量积分的捷联惯导初始对准算法,分析了惯性器件误差和线运动干扰对对准精度的影响。推导了惯性器件误差与对准失准角之间的解析表达关系,指出可从初始欧拉角估计值中提取陀螺漂移信息,实现陀螺的在线标定。理论分析表明,... 详细信息

针对基于重力矢量积分的捷联惯导初始对准算法,分析了惯性器件误差和线运动干扰对对准精度的影响。推导了惯性器件误差与对准失准角之间的解析表达关系,指出可从初始欧拉角估计值中提取陀螺漂移信息,实现陀螺的在线标定。理论分析表明,该算法将传统解析对准算法对角运动的敏感转化为对线运动的敏感,线运动干扰成为影响算法对准精度的主要因素。仿真试验验证了上述分析的合理性。

关键词：误差分析对准算法惯性参考系惯性器件误差线运动

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基于MEKF的捷联惯导初始对准算法研究

压电与声光 2016年第6期38卷 942-946页

作者：方轩高敬东薛博阳海军工程大学导航工程系湖北武汉430033

在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始... 详细信息

在某些对精度要求不是很高的领域微机电系统(MEMS)等低精度捷联惯导系统因其造价低等特点而得到广泛应用。由于传统的初始对准方法不能估计除姿态以外的任何量,故不适用于MEMS等低精度捷联惯导系统。该文研究了一种基于姿态估计的初始对准方法,并使用乘性扩展卡尔曼滤波进行对准,在姿态对准的同时实现对惯性器件误差的建模估计。在实现初始对准的基础上显著降低了计算量。

关键词：低精度捷联惯导系统初始对准乘性扩展卡尔曼滤波惯性器件误差

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基于正反旋转的捷联惯导误差补偿技术研究

基于正反旋转的捷联惯导误差补偿技术研究

作者：郝海明河南理工大学

学位级别：硕士

MEMS惯性测量系统中,如何补偿MEMS惯性器件误差引起的导航误差,是提高导航精度的关键问题。本文以单轴正反旋转为模型,研究利用载体自身的旋转,设计等效的旋转调制方案,来补偿MEMS惯性器件误差。论文阐述了惯性器件误差模型,并采用Alla... 详细信息

MEMS惯性测量系统中,如何补偿MEMS惯性器件误差引起的导航误差,是提高导航精度的关键问题。本文以单轴正反旋转为模型,研究利用载体自身的旋转,设计等效的旋转调制方案,来补偿MEMS惯性器件误差。论文阐述了惯性器件误差模型,并采用Allan方差法对MEMS随机误差作了分析,实验结果表明MEMS陀螺输出中的随机误差噪声源主要有:角度随机游走、零偏不稳定性和角速率随机游走。为了利用载体自身的正反旋转,让惯导实现旋转调制的效果,论文分析了单轴旋转惯导的误差调制机理,对陀螺常值漂移、标度因数误差和安装误差引起的导航误差作了具体分析。然后,分析了载体在单轴正反旋转运动过程中误差的传播机理,并利用正转和反转过程中,载体姿态和速度所具有的对称性,构建了一种Kalman滤波模型,来估计惯性器件误差。经可观测性分析,该模型是可观测的。仿真实验表明,对于陀螺漂移均为0.1(°)/h,加速度计零偏为0.1mg的捷联惯导,陀螺漂移估计误差小于0.035(°)/h,加速计零偏估计误差小于0.12mg。由于对称的单轴正反旋转条件较苛刻,只能在实验室内达到,实际应用中难以实现,本文构造了载体的等效反向旋转坐标系,与载体坐标系一起组成了等效的正反旋转。研究了利用载体上的IMU输出解算等效反向坐标系时所需的解算算法,对解算过程中产生的姿态误差和速度误差做了分析。并基于等效的正反旋转设计了捷联惯导的误差补偿算法。实验结果表明,在静基座仿真条件下,利用该算法可以准确地估计出姿态误差;而转台实验的效果略差,但仍可以估计出姿态误差的变化趋势。

关键词：惯性器件误差姿态误差单轴正反旋转等效反向旋转 Kalman滤波

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旋转式惯性导航及重力测量技术研究

旋转式惯性导航及重力测量技术研究

作者：谢天一国防科技大学

学位级别：硕士

旋转调制技术是一种抑制惯性器件误差的方法,在现有的惯性器件加工工艺以及标定精度的基础上,旋转调制技术可以提高捷联式惯性导航定位精度以及重力测量的精度。惯性导航定位精度是长航时海上航行的保证,重力测量更是测绘工作以及资源... 详细信息

旋转调制技术是一种抑制惯性器件误差的方法,在现有的惯性器件加工工艺以及标定精度的基础上,旋转调制技术可以提高捷联式惯性导航定位精度以及重力测量的精度。惯性导航定位精度是长航时海上航行的保证,重力测量更是测绘工作以及资源勘探等国家重大战略需求的主要技术前提,本文主要介绍通过单轴旋转调制提高捷联式惯性导航精度及重力测量精度的技术手段。研究内容主要包括为:(1)通过理论推导以及数学建模等,介绍了单轴旋转调制通过对惯性器件误差的调制作用从而提高惯性导航定位精度以及提高重力测量精度的具体原理。(2)针对已有的常用的4位置4次序单轴旋转调制方案进行改进,通过公式推导,针对已有方案转动轨迹不对称、整周期内陀螺漂移造成的误差没有完全被抵消的缺点及不足,设计了4位置16次序转动方案,通过仿真以及转台实验对比证明新方案的可行性。(3)针对惯性器件零偏影响纯捷联模式下重力矢量的测量精度这一问题,研究了基于单轴旋转调制的重力矢量测量方法。单轴旋转调制可以将有害信号高频化,进行重力解算时通过低通滤波将高频有害信号进行滤除,并且通过理论推导以及建模仿真,对比了纯捷联模式、单向连续旋转调制以及往复连续旋转调制三种模式的姿态角误差,证明了在理想情况下,单轴旋转调制可以通过调制惯性器件的零偏提高水平姿态精度,且相对于单向连续旋转,往复连续旋转可以减小因陀螺标度因数误差引起的额外水平姿态误差,可以得知往复连续旋转调制的姿态精度最高。并且对比了三种模式下的重力矢量测量精度,证明了在理想情况下,单轴旋转调制可以提高重力矢量测量精度,且基于往复连续旋转调制的重力矢量测量方案的测量精度最高。(4)基于上述理论及仿真结论,针对往复连续旋转在实际应用上的不足以及4位置16次序转停方案对有害信号低通滤波滤除性能差的不足,在往复连续旋转方案的基础上稍作改进,设计了双位置转停方案。通过重力仪进行了纯捷联模式、单向连续旋转以及双位置转停模式下的重力矢量测量实验,对比验证三种方案得知双位置转停可以提高重力矢量测量精度,且可以抑制在单向连续旋转条件下因陀螺标度因数误差激发的额外误差,通过转台实验表明双位置转停方案的可行性。

关键词：单轴旋转调制惯性导航重力矢量测量惯性器件误差

光纤陀螺捷联惯导系统误差评估与分配方法研究

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光纤陀螺捷联惯导系统误差评估与分配方法研究

作者：孟克子哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

捷联惯性导航系统中，初始对准误差、惯性器件误差和算法误差会随着导航解算进行传播导致最终的导航参数中含有误差。误差评估和误差分配是保证导航精度的必须要求。二者也构成了本文所研究的主要问题。首先，基于捷联惯导基本方程推... 详细信息

捷联惯性导航系统中，初始对准误差、惯性器件误差和算法误差会随着导航解算进行传播导致最终的导航参数中含有误差。误差评估和误差分配是保证导航精度的必须要求。二者也构成了本文所研究的主要问题。首先，基于捷联惯导基本方程推导了捷联惯导误差模型并对其进行了线性化;进一步分析了惯性器件主要是光纤陀螺仪的误差，研究了适于分析惯性器件量化误差的状态空间方法。其次，对静基座条件下捷联惯导系统误差进行了分析，给出了惯性器件确定性误差引起的导航参数误差的求解方法，概括总结了各误差源引起的导航参数误差的类型;进一步在对捷联惯导误差模型简化的基础上，建立了导航参数误差协方差方程，设计了协方差方程的求解方法，推导了惯性器件随机性误差引起的导航参数误差的3σ包络线的解析形式，并进行了仿真验证;另外，分析了初始对准误差对导航精度的影响。再次，为了研究动态条件下捷联惯导误差的需要，建立了误差评估仿真测试平台，设计了服务于测试平台惯性器件误差模块(以提供惯性器件误差数据)和轨迹发生器(以提供载体的运动信息)，研究了动态条件下捷联惯导误差传播特性，定量分析了惯性器件误差和初始对准误差对导航精度的影响程度;同时，对高动态环境下捷联惯导算法误差进行了研究。最后，在误差评估的基础上，研究了SINS误差分配的两种原则：平均分配原则和比例分配原则。以两种原则为指导，给出了SINS误差分配的过程及样例，通过仿真验证了分配结果满足精度指标要求，并对比分析了两种分配原则的优缺点，进一步给出了总结性的指导意见;研究了动态条件下捷联惯导误差分配方法并探讨了捷联惯导误差分配的总体思路。

关键词：捷联惯导系统惯性器件误差初始对准误差误差评估误差分配

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船用光纤捷联系统传递对准技术研究

船用光纤捷联系统传递对准技术研究

作者：王武剑哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

传递对准是一种动基座对准,它利用高精度的主惯导系统来校准未对准好的子惯导系统。在现代战争中,要求武器系统有快速的反应能力和精确的打击能力,因此能快速而且准确的对武器系统的惯导系统进行传递对准,已经成为了武器装备中的一项关... 详细信息

传递对准是一种动基座对准,它利用高精度的主惯导系统来校准未对准好的子惯导系统。在现代战争中,要求武器系统有快速的反应能力和精确的打击能力,因此能快速而且准确的对武器系统的惯导系统进行传递对准,已经成为了武器装备中的一项关键技术。本文根据舰船环境下的特点,针对船用光纤捷联惯导系统的传递对准技术进行了深入研究。首先,根据惯导系统的基本原理给出了捷联系统的比力方程和捷联矩阵微分方程,分析惯导系统的主要误差源并建立了惯性器件误差模型,然后在比力方程和微分方程的基础上推导了速度误差方程和姿态误差方程。在主、子惯导系统之间的失准角为小角度的条件下,分别推导了速度匹配、姿态匹配以及速度加姿态匹配三种传递对准常用匹配方式的微分方程并建立了卡尔曼滤波模型。根据舰船的运动特点,选取舰船常见的运动方式作为仿真条件,对传递对准三种匹配方法进行仿真研究。从仿真结果中可以得出舰船在系泊状态下速度匹配传递对准的效果最好;舰船在摇摆状态下,姿态匹配和速度加姿态匹配传递对准都能快速而准确的估计出安装误差角;当舰船有线运动和加速运动时,对速度匹配和速度加姿态匹配的对准效果有所提高,对于姿态匹配没有太大的影响。其次,研究了影响传递对准精度的因素,并着重对杆臂效应误差和惯性器件测量误差进行研究。分析了杆臂效应误差产生的机理,建立了杆臂效应误差模型。在速度匹配传递对准的基础上考虑杆臂误差项,建立状态方程并将杆臂长度作为状态变量,通过卡尔曼滤波将杆臂长度估计出来,然后在杆臂长度已知的条件下利用计算补偿方法有效地提高了对准精度。之后研究了惯性测量组件的测量误差在传递对准中的影响,通过仿真证实子惯导系统中的陀螺和加速度计误差都会对传递对准精度产生影响,其中陀螺相对于加速度计对于对准精度的影响更严重一些。当陀螺的标度因数误差和安装误差达到一定程度时,会引起较大的失准角误差,所以在实际应用时要对子惯导的器件误差进行补偿,从而提高对准精度。最后,利用实验室自研的光纤捷联系统设计并实施海上航行试验,分别在系泊状态和直航状态下,采用姿态匹配和速度加姿态匹配传递对准对试验数据进行处理和分析。通过试验结果得出结论,舰船的运动状态直接影响到传递对准的结果,运动状态下的传递对准效果要比系泊状态下的较好,速度加姿态匹配方式较姿态匹配方式速度快精度高。

关键词：船用光纤捷联系统传递对准杆臂补偿惯性器件误差海上试验

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光纤捷联惯导系统研究及误差补偿

光纤捷联惯导系统研究及误差补偿

作者：陈一平浙江大学

学位级别：硕士

捷联惯性导航系统具有体积小、重量轻、可靠性高等优点,其取代平台惯性导航系统已成为惯性技术发展的趋势。目前国家在各领域都迫切需要中高精度,高动态,高可靠性,对温度、电磁场、振动等环境因素适应性好的捷联惯性导航系统。因此,开... 详细信息

捷联惯性导航系统具有体积小、重量轻、可靠性高等优点,其取代平台惯性导航系统已成为惯性技术发展的趋势。目前国家在各领域都迫切需要中高精度,高动态,高可靠性,对温度、电磁场、振动等环境因素适应性好的捷联惯性导航系统。因此,开展捷联惯性导航系统相关技术研究,对推动捷联惯性导航系统的应用具有重要意义。首先,论文介绍了捷联惯性导航系统的基本原理。在此基础上,参照国内外捷联惯性导航系统的相关先进技术,完成了捷联惯性导航系统的总体方案设计,包括导航计算机的方案设计、导航软件的方案设计和导航算法的编排及仿真。然后,基于捷联惯性导航系统的总体方案设计,研究并实现了导航计算机的硬件模块和软件模块,所在团队采用上述技术研制了一台基于光纤陀螺仪和石英加速度计的捷联惯性导航系统原理样机,并开展了捷联惯性系统原理样机导航性能的验证工作。最后,推导了传统旋转矢量四子样圆锥算法,研究并分析了算法的误差组成,通过高阶算法补偿了圆锥截断误差,理论分析及仿真结果表明,采用高阶补偿算法可有效提高捷联惯性导航系统的导航定位和姿态测量精度;研究并建立了光纤陀螺和石英加速度计的误差模型,该模型能准确辨识其中参数,采用旋转调制技术对上述误差进行有效抑制,提升了样机的导航定位精度。论文的研究成果具有工程实用价值和理论指导意义。

关键词：捷联惯性导航系统光纤陀螺仪惯性测量组件导航计算机圆锥误差高阶补偿惯性器件误差旋转调制