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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

旋转惯导捷联算法

针对旋转惯导计算原理,分析了转台测角、测速误差对系统精度的影响。为确定其影响程度,将转台测角、测速误差等效为相应量值的陀螺仪漂移。理论计算和仿真结果表明,转台测量误差特别是测速误差对惯导系统造成较大的影响。提出改进的旋转惯导捷联算法,该算法在姿态更新和导航计算后引入转台转角信息而不涉及转速信息,从算法原理上消除了测速误差对系统精度的影响。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于双轴转台的捷联惯导系统姿态精度评定算法

系统姿态精度是惯导系统的重要指标之一.针对系统的姿态精度,尤其是动态姿态精度因缺乏姿态基准而难以评定的问题,提出一种基于双轴转台的惯导系统姿态精度评定算法.首先对姿态误差角建模,利用惯导组件不同航向角所确定的旋转矩阵第三行三列的元素不含有航向角信息的特点,在无北向基准的情况下,求解出惯导和转台的安装误差角,进而得到惯导姿态误差,此姿态误差即可反映系统姿态精度,最后,进行了光纤惯导系统的精度评定试验.结果表明,算法在转台无需北向基准条件下可有效标定出惯导系统姿态误差和安装误差,其流程简单、适应性好,可为系统精度评定提供参考.     

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。     

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。     

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,     

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。