惯性导航系统双轴旋转方案误差分析与仿真

旋转方案的误差分析是进行旋转惯导系统设计的前提。从旋转惯导系统的误差方程出发,分析IMU周期性旋转对于系统误差调制的原理,基于不同坐标系转换探讨目前常见的三种双轴旋转方案下旋转坐标系与载体坐标系的关系及数学描述。在此基础上,以陀螺组件的误差为例,从理论上推导其常值漂移、刻度系数误差、安装误差、随机漂移等误差源在不同旋转方案下的传递规律、表现形式及对系统的精度的影响。最后,进行各传统误差源在不同旋转方案作用下的系统误差仿真,定量给出各误差源对于系统精度的影响,验证了系统误差特性的理论分析。     

内水平阻尼捷联惯导误差仿真研究

捷联惯导系统依靠算法建立导航坐标系,以数学平台取代平台惯导物理实体平台,其系统误差中同样存在三种周期振荡成分.将平台惯导内水平阻尼思想引入捷联惯导,阻尼舒拉周期振荡和傅科周期振荡误差成分,同时推导了内水平阻尼捷联惯导误差传播方程.仿真实验表明,引入内水平阻尼之后,在载体加速度较小的条件下,捷联惯导姿态精度得到明显提高.     

船用自由方位惯导系统性能分析与仿真

推导船用自由方位惯导系统在地理坐标系下的系统误差方程,通过求解静基座状态下的系统误差方程,研究各类误差源对自由方位惯导系统的影响,在此基础上完成动基座下系统误差仿真。理论分析及系统仿真表明,相比于指北惯导系统,自由方位惯导系统由于平台相对地理坐标系存在旋转角速度,调制水平方向惯性测量元件常值误差造成的系统误差,使得除平台x方向陀螺造成的经度常值误差项外,其他项均为震荡性误差,达到了抑制惯性测量元件误差效果。     

陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响

采用旋转调制技术可以抑制惯导系统误差随时间发散的趋势,然而,随机误差是限制旋转惯导系统精度继续提高的因素之一。对于高精度应用领域,陀螺角度随机游走误差也是惯导系统设计时考虑的因素。本文从对准和导航2个过程出发,研究陀螺角度随机游走误差对惯导系统的影响,结合激光陀螺实测数据进行艾伦方差分析,并利用实测结果进行仿真验证。结果表明,陀螺角度随机游走引起惯导系统振荡误差,0.0005°/√h的角度随机游走导航7天引起的位置误差大约1.3 nm。     

潜用平台惯导陀螺漂移估计的新方法

为保证潜艇隐蔽性,满足高精度导航要求,设计了一种针对潜用平台惯导的陀螺漂移估计新方法。简要分析了陀螺漂移对惯导系统误差的影响;基于舒拉振荡周期,利用间断获得的外测信息建立惯导系统短时速度、位置误差模型并进行不确定度评估;采用Kalman滤波对陀螺漂移作了事后估计。仿真验证结果表明,建立的速度、位置误差模型可信度高。尽管该方法无法满足实时性要求,但可较为准确地估计出北向陀螺常值漂移以及水平误差失调角,有效抑制后续经度误差发散现象,提高了导航精度。     

激光陀螺标度因数误差对双轴旋转惯导系统的影响

研制高精度船用激光陀螺捷联惯导系统是惯性技术领域的重要发展方向之一,本文从旋转惯导系统与无旋转惯导系统误差方程的区别出发,详细讨论了双轴旋转惯导系统中激光陀螺标度因数误差的调制机理,仿真分析了对称性标度因数误差和非对称性标度因数误差在典型双轴旋转调制方案下的传播特性,为激光陀螺双轴旋转惯导系统的设计提供理论参考。     

基于UKF的大失准角条件下单轴旋转SINS初始对准方法

论文阐述了单轴旋转调制技术对捷联惯导系统误差抑制的原理,针对单轴旋转捷联惯导系统的初始对准,推导了大失准角误差条件下非线性初始对准误差模型,同时为充分利用惯导系统输出信息,提出了一种“加速度+速度”的非线性观测模型;根据系统误差方程和观测方程同时非线性,设计了一种Unscented卡尔曼滤波算法,并对静基座单轴旋转SINS初始对准进行了仿真试验.结果表明,采用该算法水平和方位对准在较短时间内都能达到较高精度,同时对加速度计零偏和三个陀螺漂移实现有效标定.     

长航时捷联惯导系统综合校正方法

针对捷联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捷联惯导系统的综合校正算法.首先建立了惯性系下的φ方程,在此基础上推导了陀螺误差引起的惯性系下φ角增量表达式,并通过φ角增量与观测量（位置误差和航向误差）之间的关系,建立起陀螺误差与观测量之间的关系,进而利用不定期获取的参考位置和航向信息计算陀螺漂移并进行修正.理论和实验分析表明,所提出的综合校正方法明显地抑制了捷联惯导误差随时间的发散,可有效提高长航时捷联惯导系统的导航精度,且该方法不受载体运动和纬度变化的影响,具有很强的工程实用价值.     

光纤陀螺零漂建模及在惯性导航误差方程中的应用

陀螺漂移误差是影响惯性导航系统误差的主要因素,经典的卡尔曼滤波理论应用于惯性导航系统初始对准,可以大大提高其对准精度.但陀螺漂移是无规律的有色噪声序列,需要建立漂移的数学模型将有色噪声序列转换成白噪声序列.介绍了光纤陀螺零漂数据的ARMA建模,并将其转化成状态空间模型应用于惯性导航系统的误差方程.     

舰船惯性导航系统定位精度评定及其圆概率半径

如何评定舰船惯性导航系统的定位精度,各家众说纷纭,我们认为,要确切判定其定位精度,不能不对惯导定位的误差作一科学分析。惯导系统的误差源有:加速度计的零位偏差;陀螺漂移率;陀螺、加速度计、转换装置的标度因子误差;陀螺、加速度计的安装误差;平台的初始姿态和初始位置的误差以及基准测量设备本身的误差等等。其中未经补偿的陀螺漂移率是决定定位误差的主要因素。这是因为由陀螺漂移率所引起的定位误差是随时间积累的,而其它各误差源引起的定位误差都是有界的。虽然惯导系统各误差源综合作用的定位误差是遵循正态分布的,但其亦随时间积累而发散,     

静电陀螺监控器在静基座上的误差方程及误差分析

初始定向误差和陀螺漂移是静电蛇螺监控器的两个主要误差源。对由此产生的陀螺姿态角误差进行了仿真分析,并在此基础上建立起与之相应的简化误差方程,对简化误差方程进行了复城分析。     

惯性导航系统中陀螺斜坡漂移的测量及补偿

当惯性陀螺工作在方位姿态时,有一定的斜坡漂移,它将引起惯性导航系统中的严重的航向和位置误差,所以有必要估计和补偿它.本文描述了斜坡漂移产生的原因和特性,详细讨论了一种在BBA校准后利用惯导系统的输出来估计和补偿斜坡漂移和常值漂移的方法,以及提出了几个在实际操作中需注意的问题.软件仿真和实验都证明了这种方法的有效性.     

MIMU/GPS/磁传感器组合导航系统信号处理

针对MIMU/GPS/磁传感器组合导航系统,进行了GPS信号调理、MEMS陀螺仪降噪以及磁传感器误差补偿研究。用双线性趋势外推法与MIMU陀螺仪信息对GPS信号进行处理,用AR（3）误差模型对MEMS陀螺仪去噪建模,用旋转标定方法对磁传感器进行误差补偿。通过对自行研制的MIMU/GPS/磁传感器组合导航系统与高精度组合导航系统的室外跑车比对试验,验证了上述信号处理及误差补偿方法的有效性。     

惯导系统初始对准自适应参数选取法研究

平台式惯导系统的初始对准，为进入导航状态提供必要的初始条件，主要的性能指标是对准精度和时间。本文提出了一种新的变频带对准法的三阶调平系统，在对准过程中，系统的带宽能适应调平过程中信噪比的变化，从而使性能达到最优，经理论分析和仿真研究表明，这种新方法比经典方法，调平速度快而且提高了水平陀螺测漂及方位角的估值的精度。     

基于DSP的船舶电力推进系统滤波装置控制器设计

小型船舶电力系统中非线性负载多、谐波污染严重。针对这一情况,本文设计一款基于DSP的电力系统滤波装置控制器,该控制器结构简单,稳定性好,实验证明该控制器能有效降低谐波污染,具有一定实用价值。     

舰用高精度激光陀螺惯导内杆臂误差分析及补偿方法研究

对于高精度激光陀螺旋转惯导系统,大部分惯性器件误差都能够通过惯性测量单元（ IMU）旋转而调制掉,内杆臂误差不仅不能够被调制掉,反而因为 IMU旋转将误差引入到系统对准和导航过程中。基于此,本文对内杆臂误差进行分析与建模,推导内杆臂误差与导航速度误差之间的数学表达式,通过分析确定内杆臂长度和振动频率是影响内杆臂误差的2个因素,并提出基于内杆臂长度的误差补偿方法。最后,通过试验对内杆臂误差模型和补偿方法进行了验证。     

舰船惯导水平姿态误差动态自主评估与补偿方法

针对海上舰船惯导长时间工作而又无法获得外部导航校准信息、无法评估惯导水平姿态误差问题,提出利用惯导自身信息实现水平姿态误差评估与补偿的新方法。根据舰船稳速直航状态下的实际加速度值近似为零的特点,分析惯导等效加速度和惯导速度误差与水平姿态角误差之间的关系,建立海上舰船惯导水平姿态误差自主评估模型。仿真实验分析结果表明,提出的水平姿态误差动态自主评估与补偿方法,在不依赖外部导航信息条件下,实现惯导水平姿态误差动态自主评估与补偿,在给定的仿真实验条件下,水平姿态角误差最大值和振荡范围均减小了75.8%,有效提升了舰船惯导的水平姿态精度。     

基于扩展卡尔曼滤波的GPS信号跟踪技术

提出一种基于扩展卡尔曼滤波的GPS信号跟踪方法,通过扩展卡尔曼滤波器,得到基于相干积分支路的滤波模型,有效地削弱常规GPS跟踪环路中的跟踪误差,增强接收机的抗干扰性能,提升其在信号较弱位置下环路的跟踪性能,对加入惯性信息条件下惯性信息对系统所产生的影响做了相应的分析研究。通过仿真对比结果可以知道:当处于弱信号条件时,与通常用到的GPS信号跟踪方式相比,基于扩展卡尔曼滤波的信号跟踪算法可以有效提升跟踪的精度。     

平台式惯导系统三点校的常值误差解析

为估计和补偿各种误差源引起的综合校正误差,针对平台式惯导系统综合校正中的三点校,从理论上分析了外界测量信息误差和惯性平台水平误差对陀螺常值漂移综合校正效果的影响,并对受外界测量信息误差影响的三点校过程进行仿真。研究结果表明:"三点校"对陀螺常值漂移的估计误差,与重调时刻的量测误差、惯性平台水平失调角均呈线性关系,提高外界测量信息和惯性平台水平测量精度,是提高三点校精度的关键。