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.     

单轴旋转式惯导系统误差抑制机理分析

提高惯导系统对于惯性器件误差负面影响的抑制能力,对于改善系统的导航精度具有重要意义.本文对惯导系统误差方程进行分析,重点讨论对称位置上惯性器件误差的积累效果,系统地研究了单轴旋转调制对捷联惯性导航系统惯性器件误差的自动补偿机理,详细分析了单轴旋转对惯性器件常值误差、标度因数误差的抑制情况.对单轴旋转调制方案进行仿真,验证了理论分析的正确性.     

激光陀螺双轴旋转惯导系统转位方案设计

本文研究旋转惯导系统设计中的一些重要问题,包括误差调制机理、误差传播特性和旋转方案设计。考虑惯性器件的一些典型误差,分析旋转式惯导系统的误差传播特性,并验证旋转调制下误差的影响效果。通过分析,提出双轴旋转方案合理设计的条件,设计出一种基于64次序的双轴旋转方案以实现平均掉惯性器件所有常值误差的目标。基于该旋转方案,仿真出惯性测量单元主要误差项的调制形式,通过一个旋转周期的积分,得到这些误差引起的累积速度或角度误差的调制形式,进一步验证了旋转调制对误差的调制效果。最后,通过对旋转调制下惯导系统长时间导航误差的仿真,验证了所设计旋转方案的有效性和旋转调制的优越性。     

旋转式惯导系统误差传播特性

旋转调制技术通过转位机构带动惯性测量单元按照设计好的转位方案旋转,将器件误差对导航精度的影响调制平均掉,从而提高系统长航时导航精度。该技术在国外船用领域被广泛应用,也是惯性技术领域的热点研究方向之一。本文研究旋转调制技术的本质,即旋转式惯导系统的误差传播特性,从理论上分析旋转式惯导系统单通道误差传播机理,研究器件误差经调制后的传播形式,阐释旋转调制技术提高系统精度的原因。通过仿真验证了惯性器件常值误差经旋转调制后消弱了对导航精度的影响程度。     

旋转调制式捷联惯导系统初始对准方案研究

初始对准技术是惯性导航的关键技术之一,其精度将直接影响导航精度。旋转调制式捷联惯导系统在一定的旋转方案下虽然可以将惯性组件的误差调制掉从而提高系统导航精度,但其初始对准的误差则不受调制,所以有必要对旋转调制式惯导系统的初始对准进行深入研究,确定适合旋转式捷联系统使用的对准技术和方案以进一步提高系统精度。文章对可应用于旋转调制式捷联惯导系统的三种对准方案做了研究分析并进行了仿真。结果显示,二位置对准方案可显著提高系统变量的可观测度,连续旋转方案对准精度最高,收敛速度最快,效果最好。     

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。     

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。     

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惯导系统八次序转位方案设计

从理论上分析惯性器件常值偏置误差被完全调制和标度因数误差、安装误差被最大程度调制的旋转规律,提出双轴转位方案的设计原则。在此基础上设计了一种八次序转位方案,对该方案下误差调制效果进行分析。最后,利用高精度激光陀螺惯导系统和双轴转台搭建半实物仿真系统,对提出的双轴转位方案进行长时间静态导航精度的验证,证明双轴旋转误差调制理论分析的正确性和双轴转位方案设计的合理性。     

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。     

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。     

船用激光陀螺惯导单轴旋转系统

分析了激光陀螺惯性测量单元(IMU)单轴旋转自动补偿原理,建立了单轴旋转式捷联惯导系统数学模型,通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程,解释了误差补偿机理。针对船用惯性导航系统的应用要求,设计了基于四位置转停的船用激光陀螺捷联式惯性导航系统,对导航系统的总体方案、原理方案和转位方式进行了论述,通过仿真验证了设计方案的有效性。     

港口供电系统电压信号变送误差综合补偿方法

港口供电系统电压信号变送环节包括电压互感器和二次回路两部分,其误差也是由这两部分误差叠加构成.电压互感器的误差可以分为空载误差和负载误差;二次压降独立于互感器误差.如何将这3种性质不同又相互独立的误差信号合成一个补偿量,对电压信号变送误差进行综合补偿,是提高电压变送环节测量精度的关键.提出运用参考模型自适应原理跟踪二次压降,利用电流跟踪方案补偿电压互感器的负载误差,采用物理相似原理补偿电压互感器的空载误差,通过电子电路实现综合补偿的方案.物理试验表明,该补偿方法可以将准确度为2.84%的电压变送环节测量误差提高到0.02%,同时保证了二次压降残压的单向性.     

基于优化旋转矢量双子样算法的捷联惯导姿态解算

在捷联惯导系统中,姿态更新算法会对导航精度产生至关重要的影响.旋转矢量法在抑制不可交换性误差及其累积效应方面具有显著的优点.为兼顾姿态解算的实时性与精确性,文中基于旋转矢量双子样算法原理推导其误差补偿项,并进行了圆锥运动环境下的算法优化,以提高算法的动态适应性,从而形成了优化的旋转矢量双子样算法.最后通过与传统四元数法进行对比分析,表明在捷联惯导姿态解算中,采用优化旋转矢量双子样算法不仅可较好满足系统实时性要求,同时还能较明显地提高解算精度.     

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.     

基于旋转机构的加速度计误差标定与补偿方法

惯性器件(陀螺仪和加速度计)的性能直接影响惯导系统的精度,针对传统提高惯性器件精度途径存在的弊端,本文提出一种基于旋转机构的加速度计误差标定与补偿方法。通过将加速度计输出与输入之间的关系转换为与旋转角之间的关系,利用最小二乘法估计出加速度计的零偏、比例系数、比例系数的非线性误差系数及交叉耦合误差系数,并进行相应的误差补偿。实验结果表明,利用旋转机构能够在100 s内准确估计出加速度计的各项误差系数,经补偿后能消除误差中的倍频分量,使加速度计输出精度大大提高,具有准确、高效、易操作的特点。     

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。     

陀螺壳体旋转监控技术

陀螺壳体旋转法监控技术有助于提高平台罗经系统精度、减少陀螺漂移与加速度计误差。本文首先介绍了该项技术的应用背景；详细阐述了系统结构特性、基本工作原理、机械编排与稳定回路，以及实现方法；本文深入研究了旋转平台转速的选取方法并分析了系统误差；最后计算了典型情况下旋转壳体的转速。结果表明：采用陀螺壳体旋转法监控技术可以有效地调制陀螺漂移、从理论上可提高陀螺仪精度二至三个数量级，从而使平台罗经系统精度得到很大的提高。     

基于惯性坐标系旋转调制的INS辅助跟踪环路误差分析

通过分析IMU标度因数引起的INS/GNSS组合导航系统辅助跟踪环路误差的特点,采用基于惯性坐标系的旋转调制方法抵消INS器件的标度因数误差,从而抑制了辅助跟踪环路误差。为提升整个INS/GNSS组合导航系统的性能提供了一种解决方案。