单轴旋转对船用激光惯导系统定位误差的影响

激光惯导旋转调制技术是一种自校正方法,其补偿手段是在不依赖外部导航信息的前提下,自动补偿陀螺漂移和加速度计零偏引起的系统导航误差.该旋转调制技术已经在国外舰船型号上成功应用,通过对陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、标度因数误差等因素在单轴旋转下的调制情况进行了研究.系统设计中,通过计算机仿真分析了系统在旋转和非旋转情况下各误差因素对系统定位误差的影响.仿真表明,采用单轴旋转调制技术能够抑制长期的定位误差发散,在角运动状态下旋转系统能比无旋转系统保持更好的姿态精度.     

解析式惯导系统线性分析

静电陀螺是一种高精度陀螺仪,用静电陀螺组成的惯导系统目前已经开始在舰艇和飞机上得到应用。考虑到对静电陀螺加精确的控制力矩目前尚有困难,所以一般利用静电陀螺组成解析式惯导系统。本文从线性动力学方程出发,讨论了经补偿后剩余的陀螺常值漂移、与重力加速度g一次方成比例的漂移以及加速度计零位误差对系统的定位误差、方位误差以及数学平台相对垂线偏差的影响,并利用计算机进行模拟,比较了水平阻尼和全阻尼状态下系统的精度。分析结果表明,尽管在解析式惯导系统中,陀螺常值漂移被地球自转所调制,使纬度误差的传播有发散趋势,但如果将漂移控制在0.001度/小时,则系统的定位误差将小于0.1海里/小时。     

旋转式捷联惯导系统的误差分析与仿真

给出旋转式捷联惯导系统的误差方程。分析得到在旋转的条件下,系统主要误差源（即陀螺常值漂移,加速度计零位偏差）对导航参数输出的影响。通过数字仿真验证了理论分析的正确性,为旋转式捷联惯导系统的工程应用提供了理论基础。     

陀螺随机漂移引起的惯导系统误差特性分析

为研究陀螺随机漂移作用下的惯导系统误差发散规律,当陀螺随机漂移为白噪声时,基于静基座下的惯导系统误差方程,得到了惯导系统误差的计算方法。基于白噪声的统计特性,理论推导了惯导误差方差的解析解,并分析了各因素对惯导系统误差的影响。基于理论推导公式,对白噪声作用下的惯导系统误差做了仿真计算。结果表明:在陀螺随机漂移作用下,惯导系统误差与航行纬度有关。方差中包含舒拉、傅科、地球三种周期振荡和非周期项。其中的非周期项与陀螺漂移率的方差成线性关系,同时是时间的斜坡函数;经度误差的方差中,三种周期性振荡受非周期项的调制作用,振荡幅值随时间线性增大。     

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.     

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。     

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。     

舰用高精度激光陀螺双轴旋转惯导系统方案设计

旋转调制技术是国外先进国家海军装备的高精度激光惯导系统普遍采用的一项技术,也是国内外惯性技术领域的重点研究方向之一。本文针对舰用高精度激光陀螺双轴旋转惯导系统,研究了转位方案、导航解算方案、初始对准方案的设计,并结合国内惯性器件精度水平进行长航时静态仿真试验验证。结果表明,采用旋转调制技术可以大幅度提升惯导系统长时间导航精度,导航误差基本不随时间发散,在不考虑随机游走的影响下,系统72 h定位精度达到0.3 n mile。     

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。     

机动对SINS对准中惯性仪表误差估计的影响

为了尽可能估计出捷联惯导系统中惯性仪表的误差,建立捷联惯导系统误差方程和量测方程,运用传递对准技术,构建了速度匹配方式下的Kalman滤波器模型,研究了线加速和拐弯机动下对惯性仪表误差估计的影响,并对计算机仿真结果进行比较分析,仿真结果表明:线加速情况下可以提高陀螺漂移误差的估计精度,拐弯情况下可以提高加速度计偏置误差的估计精度。     

惯性导航系统原位标定技术

误差标定及补偿是提高惯性系统使用精度的重要手段。惯导系统原位标定在提高装备机动性和保障效率方面具有明显的优势。综合考虑惯导系统的框架轴、陀螺和加速度计安装误差,详细推导了适合惯导系统原位标定的误差模型。给出了一种16位置标定方案,分离出惯导系统的36项误差系数。经仿真验证,标定精度取得了良好的效果。     

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

基于双轴位置转台的捷联惯导系统级标定技术

本文研究一种基于双轴位置转台的激光陀螺捷联惯导系统的系统级标定方法。建立了附加约束条件的陀螺和加速度计标定模型,从捷联惯导系统的误差方程出发,建立30维Kalman滤波标定模型,以速度和位置作为观测量,并设计双轴位置旋转路径,对惯性仪表标定参数进行激励与辨识。仿真实验结果表明,该方法能够准确估计出陀螺和加速度计的15个标定误差参数,具有一定的参考价值。     

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。     

舰用激光陀螺双轴旋转惯导系统闭环对准方法

旋转调制惯导系统初始姿态误差由于其不可被调制,从而影响系统长航时的精度。本文针对激光陀螺双轴旋转惯导系统,以提高系统初始对准精度为目的,将系统初始对准过程作为随机控制系统处理。结合双轴旋转带来的优势,应用随机闭环控制理论,提出双轴旋转惯导闭环对准方案,并设计滤波器和闭环反馈控制律。利用实验室双轴转台和激光陀螺IMU,构建双轴旋转惯导半实物演示系统,验证闭环对准作为双轴旋转惯导系统精对准方法的可行性。试验结果表明,闭环对准方法与双轴旋转相结合,能够有效估计IMU误差并补偿,比传统的开环卡尔曼滤波对准精度高。     

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。     

一种高精度的天文导航姿态与航向解算模型

利用天文导航进行运载体姿态及航向解算是导航领域一个新的研究课题,具有重大的研究意义及应用价值.本文介绍了一种构建在天球坐标系中的天文导航姿态与航向解算模型.该模型在不利用惯导姿态数据的前提下进行计算,通过构建的模型演变得到运载体的精确姿态及航向,可以有效校正惯导设备因惯性陀螺漂移而导致的姿态误差与航向误差.实际应用表明,该模型对于校正惯性陀螺漂移,提高惯导设备精度具有重大意义.     

系泊状态舰载捷联惯导系统的全参数在线标定

为了满足在舰标定的需求,提出了一种舰载捷联惯导系统在系泊状态下的全参数在线标定方法。首先建立了陀螺和加速度计的输出误差方程。然后给出了误差参数标定Kalman滤波模型,该模型以陀螺和加速度计零偏、安装误差、标度因数误差等24个误差量为状态量。设计了低通滤波器从捷联惯导解算速度中获取速度解算误差作为量测量。设计了一种合理的标定路径,提高了状态量的可观测度。通过对IMU转位数据进行导航滤波处理,估计出全部参数。仿真试验和实物摇摆试验表明,该方法能够准确地估计出全部参数,具有工程实践价值。