磁强计辅助基于MEMS惯性器件SINS的初始对准方法研究

针对微机电系统(MEMS)惯性传感器精度低而导致基于微机电系统捷联惯性导航系统(MEMS-SINS)无法完成初始自对准的问题,提出了一种利用磁强计辅助MEMS-SINS的初始对准方法,设计了3种不同的计算方案,并且对这3种方案进行了误差分析与仿真验证,为实际应用提供了良好的理论依据和技术支持。     

MIMU/CSAC/BDS组合导航微系统的硬件设计

由于传统的卫星导航系统容易受到干扰和遮挡,惯性导航存在误差积累的缺陷。为了提高定位导航授时服务质量,提出一种基于微惯性测量单元(MIMU)、芯片原子钟(CSAC)和北斗卫星导航(BDS)模块的组合导航微系统硬件设计方案,介绍了它们的硬件特征与配置设计,完成了组合导航微系统底层驱动设计。实验表明:组合导航微系统在真实路段跑车试验可以得到准确的位置和速度等信息。此外,组合导航微系统在最大速度为8km/s,最大加速度为50g的高动态仿真环境中,仍能保持较高的导航精度和跟踪性能。     

惯性/偏振光组合定姿技术研究

惯性导航系统是一种全参数、全天候的自主导航系统,但其姿态误差随时间发散。太阳光在大气中传播时在天空具有稳定的偏振模式,惯性/偏振光组合定姿系统就是利用偏振光中的方位信息实现惯性导航系统姿态角误差的估计。研究了惯性/偏振光组合定姿系统模型,利用跑车试验数据对所设计的组合定姿系统进行了仿真。结果表明:惯性导航系统引入偏振光导航信息后,可以有效地抑制惯性导航姿态角误差发散的趋势,提高姿态精度,满足中等精度姿态参考系统的需求。     

惯性导航/双星组合导航的可行性研究

根据国外惯性导航／卫星组合的研究、发展和应用情况，分析了惯性导航／双星组合的必要性和可实现性；提出了惯性导航／双星组合中存在的主要问题和可能的对策。研究结果表明，惯性导航系统(INS)和双星定位系统的组合是完全必要和可行的；惯性导航／双星组合系统的性能比纯惯性导航有明显提高。     

基于角速率和速度增量的捷联惯性导航算法研究

捷联惯性导航算法一般是基于惯性器件输出为角速率、比力或角增量、速度增量进行设计的,不能直接应用于陀螺输出为角速率、加速度计输出为速度增量的捷联惯性导航系统。为了解决此问题和满足精度要求,重新设计了一套捷联惯性导航算法:姿态更新算法采用了经典的四阶龙格-库塔法,推导出了一种新的速度更新算法,该算法可以有效补偿速度计算中的划桨效应误差。仿真结果表明,该种速度更新算法仿真速度快、精度高,具有一定的工程实用价值。     

卫星导航和惯性导航与时间和空间的理论

从卫星导航和惯性导航的测速定位机理分析出发讨论了时间和空间理论的有关基本问题。提供了一种卫星导航的原理完备的观测方程形式,包括惯性和非惯性物理效应。着重讨论了洛伦兹一次项的效应,伽里略变换自然进化到洛伦兹变换,“同地性”的相对性自然导致“同时性”的相对性。从卫星导航的单程光（电磁）信号的特点出发讨论了爱因斯坦“往”和“返”双程光信号定义带来的困惑。指出哈勃红移是超低速度和超大距离的狭义相对论效应验证。用爱因斯坦对惯性质量和引力质量等效原理的论述,论证了惯性导航的理论基础和超过 3×10 8m/s的速度测量机理。     

基于遥测数据的射前惯性测量系统稳定性检测方法

地地导弹惯性测量系统的稳定性直接影响导弹惯性导航系统导航的准确程度。介绍利用导弹射前的遥测数据及惯性测量系统误差补偿模型计算重力加速度和地球自转角速度方法,通过比较计算出的重力加速度和地球自转角速度与当地的实际值,检验惯性测量系统的稳定性,试验验证了该方法的正确性。     

微型惯导系统在余度配置时的转动标定技术研究

余度技术是提高惯性导航系统性能的一种重要手段。对微小型惯性组合导航系统中的惯性传感器多余度配置技术进行了研究,开发了MEMS惯性器件构成的微型余度配置惯导系统,分析了微小型惯性组合导航系统的特点和误差特性,并经过测试分析,建立了惯性传感器的误差模型。针对余度配置系统静态标定精度低的问题,提出了六位置转动标定算法,该算法只需要一个单轴速率转台就可以标定出IMU误差参数,并对采用低精度陀螺的惯性系统标定具有通用性。经过实际系统测试分析,误差补偿后的微型余度配置惯导系统的系统导航精度明显提高,验证了算法的有效性。     

笛尔柯谐振器陀螺仪——新型惯性系统的关键

通用汽车公司的笛尔柯(Delco)电子部正试图东山再起,成为以陀螺仪技术(最初为弹道式导弹研制的)为基础的新型惯性导航系统的供应商。该公司的工程师们从事固态半球形谐振器陀螺仪(HRG)已历经10年之久,这种陀螺仪以酒杯形谐振器的旋转敏感特性为基础,是由英国物理学家G.H.Bryan于1890年首次提出的。当今实现这种理论的是捷联惯性系统,该系统由三个石英部件——酒杯形谐振器,外压力泵活塞(forcer)罩以及装在基座上的传感器罩合并在一起组成,见图1。     

微惯性测量组合安装误差标定方法研究

微惯性测量组合是由MEMS惯性传感器组成的新型惯性测量系统,其测量精度除受各惯性传感器测量精度的影响之外,还受到微惯性测量组合安装误差的影响。通过分析MIMU安装误差模型,针对在使用微惯性测量组合惯性输出对组合安装误差标定过程中遇到的实际问题,提出了确实可行的解决办法。     

捷联惯导/星敏感器组合导航技术研究

针对在捷联惯导系统中陀螺的误差存在随着时间积累而逐渐增大的缺点,提出了捷联惯导系统+星敏感器的组合导航方案,并进行了仿真及结果分析。以Kalman滤波为基础,通过将捷联惯导系统和CCD光学传感器所测得的飞行器相关姿态信息进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角。详细推导了捷联惯导+星敏感器组合导航的算法,并通过对仿真结果的分析证实了该方案的可行性和算法的有效性。     

一种小型弹载混合式光纤惯导系统设计

为解决混合式惯导在小型弹载惯导系统的应用问题，在论述混合式惯导技术特点的基础上，提出小型弹载混合式惯导系统所涉及的三项关键技术：小型化设计技术，抗振动高可靠锁紧技术和基于降维Kalman滤波的抗扰动自标定技术。重点对第三项技术提出具体的技术方案和实现途径。在建立惯导误差模型的基础上，根据姿态精度因子(ADOP)可观测度设计出混合式惯导系统的自标定流程，进行了卡尔曼滤波的降维处理和抗干扰观测量设计。开展了原理样机的标定试验、力学环境试验和导航精度试验工作，试验结果校验了技术方案的可行性和自标定算法的正确性，为其在小型战术导弹中的应用提供了工程借鉴。     

基于频域分离算子的SINS抗晃动干扰初始对准算法

在基于惯性参考系的捷联惯导系统（SINS）初始对准算法中,使用一次积分抑制线晃动干扰作用有限。通过分析惯性系重力矢量和晃动干扰加速度的频率特点,引入频率分离算子概念,特别是使用频率特性精心设计的无限冲击响应（IIR）滤波算子时,能够有效抑制线晃动干扰,同时对反映重力信息的比力和惯性系重力参考矢量实施同步滤波,使它们都能顺利通过,即使在滤波器输出没有稳定的情况下也可给出可靠的初始对准结果,从而实现快速精确初始对准。车载试验验证表明所提算法可直接用于SINS抗晃动干扰精对准。     

基于改进的动态故障树的惯导系统安全性分析

惯导系统的安全性是影响整个飞行器安全的重要因素.在利用动态故障树对惯导系统进行安全性分析时,针对马尔科夫链的组合爆炸和无法分析事件服从非指数分布系统的问题,引入了Monte - Carlo方法.提出了一种基于改进的最小割集的动态故障树分析方法,该方法通过改进最小割集的生成方法,确定相应的分析流程,综合了二元决策图、马尔...     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

VFC在捷联惯导数据采集系统中的应用

介绍一种以压频转换来实现捷联惯性制导系统惯性器件信号采集的方法。在本系统中以TI公司的TMS320C6711 DSP器件为核心,采用VFC型ADC转换器件AD652,利用可编程的定时器/计数器芯片8253对AD652的输出脉冲串进行计数。对系统硬件平台的方案设计和软件设计进行了分析。分析结果表明,本系统充分利用了压频转换芯片抗干扰能力强、应用灵活的优点,满足了导弹捷联惯性制导数据采集系统可靠性高的要求。     

基于MEP-UKF的组合导航滤波算法

针对目前应用于SINS／GPS组合导航系统中的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman
Filter, EKF)存在精度低、实时性差的缺点,提出一种基于模型误差预测(Model Error
Prediction, MEP)的Unscented 卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,
UKF)。MEP-UKF滤波算法将惯性器件测量误差作为模型误差使用MEP进行实时预测的同时,采 用UKF估计载体的姿态、速度及位置等误差信息,并反馈给SINS系统来校正导航参数。MEP-U KF不仅克服了UKF必须假设惯性器件误差为高斯白噪声的局限性,而且降低了SINS／GPS组合 导航系统状态变量的维数,大大缩短了导航解算的时间。仿真结果表明,MEP-UKF的收敛速 度和滤波精度均明显优于EKF,更好地满足了工程应用中对导航精度和实时性的要求。     

斜装冗余传感器的分布式导航系统研究

为了满足低成本、高性能惯性导航要求,解决传统单一主惯导系统的成本高、体积大等问题,利用低成本MEMS惯性传感器,采用传感器斜装冗余配置,在最优卡尔曼滤波的基础上提出了一种基于虚拟传感器的最优信息融合技术,简化了测量系统的动态模型,减小计算的同时提高了测量精度。将斜装冗余惯性测量节点安装在载体的不同位置构成基于斜装冗余传感器的分布式导航系统,分析了分布式结构,利用基于虚拟传感器的等效模型,设计了分布式导航系统的测量融合系统。通过仿真试验,校验了基于虚拟传感器的最优信息融合有效地提高了测量精度,基于斜装冗余传感器的分布式导航具有较高的导航精度,同时证明此方法具有一定的抗干扰能力,能够抑制载体局部随机扰动对导航性能的影响。     

适于惯导系统初始对准的神经网络实时算法研究

通常卡尔曼滤波器被用于解决惯导系统的初始对准问题。由于卡尔曼滤波的运算时间与系统阶次的立方成正比 ,所以当系统阶次较高时 ,滤波器会失去实时性。而神经网络具有函数逼近性能 ,实时性又好。为此 ,本文研究了一种基于扩展卡尔曼滤波原理的权值更新多层神经网络学习算法 ,对此算法进行了详细的推证 ,并将该算法运用到惯导系统的初始对准过程。仿真结果表明了这种神经网络结构用于惯导系统初始对准问题的有效性 ,既真正获得了与扩展卡尔曼滤波器相同的对准精度 ,又大大提高了系统的实时性     

捷联惯导位置更新中的二子样涡卷补偿优化算法研究

研究了高动态环境下捷联惯导位置更新中的涡卷补偿算法。首先,给出了以地理坐标系为导航坐标系的位置更新算法;然后,基于曲线拟合的思想方法,推导了位置更新的二子样和三子样涡卷补偿算法,并且在划船运动(一种引起涡卷效应的典型高动态环境)下对二子样涡卷补偿算法进行优化,提出了位置更新的二子样涡卷补偿优化算法。仿真结果表明,二子样涡卷补偿优化算法的精度要比二子样涡卷补偿算法高,而其计算量与二子样涡卷补偿算法相当。