民用飞机惯性基准系统研究

惯性基准系统是民用飞机非常重要的机载系统,为飞机显示系统、飞行控制系统以及其他系统提供姿态、航向、姿态角速率和加速度等信息,并可以作为飞行管理系统的导航源,输出即时地理位置信息,本文以某型号民用飞机为例,介绍了其惯性基准系统的组成、基本工作模式及其最新的发展,并给出了其安装校准方法。     

数字式航向姿态基准测试系统的设计

针对目前航向姿态基准系统的测试与维修现状，搭建了航姿测试系统，对研发过程中的运动平台构建方式、被测机件定位、校准及安全防护线路连接实现以及数据的转换、传输等技术难题，提出了相应的解决方案。     

民用航空惯性基准系统重力补偿方法

惯性基准系统在民用航空中是位置、速度、姿态等信息的核心信息源,由于民用航空领域安全关键的特性,要求惯性基准系统具备在短时间内不依赖卫星辅助独立完成导航工作并保持可靠性能的能力.针对重力模型误差在高精度惯性基准系统纯惯性运行期间对定位精度影响显著的问题,研究了基于高阶重力球谐模型EGM2008的重力补偿方法,提升了定位精...     

基于电磁波三维结构向量的飞行器姿态估计

以电磁波三维空间结构向量为参照的飞行器姿态/航向测量研究，可弥补空间参照物缺乏，丰富空间飞行器姿态/航向测量工具。本文根据各缺损电磁矢量传感器姿态位置与接收信号之间的变化规律，建立飞行器载电磁矢量传感器阵列导向矢量。根据协同导航的多个信号空间谱和最大化，实现平台姿态/航向测量。飞行器多位置的多个传感器共同测量姿态可避免遮挡，获得更高姿态精度的同时拓展了系统的适用领域。接收电磁信息完备状态下，不需导航信号，测绘平稳的杂波就能作为姿态基准。仿真试验验证了姿态估计的有效性。     

圆锥运动的捷联解算误差

本文介绍载体作圆锥运动时,由捷联数值运算所造成的惯性基准的偏移。文中推导了刚体绕自身坐标系转动时变换矩阵的四种形式。对转动的不可交换性也通过刚体姿态角作出了描述。     

基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估

风洞实验对模型的水平姿态实时动态测量精度的要求不断提高,微小型飞行器模型、高精度的激光陀螺、光纤陀螺惯性测量单元往往在体积、质量方面受到限制,而单一的MEMS系统在水平姿态测量精度方面通常难以达到要求。采用高精度石英挠性加速度计替代MEMS加速度计,与MEMS陀螺进行组合测量。针对加速度计I/F转换脉冲量化及陀螺漂移对动态测量精度的影响,提出了一种基于速度观测Kalman滤波的水平姿态动态测量算法,以提高风洞实验中模型水平姿态的测量精度。提出了在三轴飞行模拟转台上,利用高精度激光陀螺捷联惯导系统的测量结果作为基准进行动态精度评估的方法,解决了安装误差、时间同步等因素对评估精度的影响。通过与其他几种惯性水平姿态测量方法进行精度对比,验证了该算法的技术优势。     

扰动线运动对惯性系粗对准影响分析及优化方法

针对扰动线运动对惯性系粗对准精度影响较大的问题，通过分析惯性体坐标系下重力加速度积分矢量的物理含义，给出了受扰动线运动影响的惯性系粗对准的误差分析。并在此基础上提出了基于位移积分矢量构造定姿矢量矩阵的抗扰动粗对准算法，利用对速度积分矢量进一步积分得到的3个时间点的位移积分矢量构建姿态解算矩阵，抑制扰动线运动对粗对准精度的影响。仿真结果表明，该算法可有效减小扰动线运动影响下的对准结果振动幅值，能够快速收敛到满足精对准使用的精度范围，从而提高武器装备环境适应性。     

新一代机载导航系统的发展：从Boeing777看ADIRS,GPS的应用

一、概述Boeing777使用了新一代航空电子系统，如高度耐故障、大气数据惯性基准系统等。B0eing777还使用了最新的卫星导航系统。ADIRS将大气数据系统和惯性基准系统合并成二个航线可更换组件（LRU），它们是大气数据惯性基准组件（ADIRU）和备用姿态大气数据基准组件（SAARU）。因为系统只有二个主LRU，而不是三部大气数据计算机（ADC）和三个惯性基准组件（IRU），所以使设备重量更轻，从而增加了有效载荷或减少了燃油消耗。ADIRS的高可靠性也降低了维护的需要和对备件的需要。GPS能对飞机以更高的准确性根据飞行计划来导航…     

消除基准倾斜对IMU中加速度计零位影响的一种方法

利用平板作为基准对惯性测量单元中的加速度计标定时，找到一种消除基准倾斜对加速度计零位标定影响的方法，通过对三套惯性测量单元实验数据分析，证明该方法是正确、实用的。     

水下重力匹配定位算法综述

随着重力测量和水下导航技术的发展,惯性/重力匹配导航技术因其精度高、自主性强和航时长等优点,已成为水下自主导航的重要研究方向。惯性/重力匹配导航系统主要由惯性导航系统、重力实时测量、海洋重力场背景图和重力匹配定位算法构成。重力匹配定位算法通过将实时测量的重力异常值与构建的重力场背景图进行匹配,得到水下运载体当前时刻的位置信息,是惯性/重力匹配导航技术的核心。本文详细介绍了重力匹配算法的技术发展现状,重点分析了具有代表性的ICCP算法、SITAN算法、矢量匹配算法及其衍生算法,并对惯性/重力匹配水下自主导航技术的未来发展进行了展望。     

视觉辅助惯性定位定姿技术研究

在利用视觉系统辅助捷联惯性导航系统( SINS)进行定位定姿时,由于两者输出的位置表示方法不同,在信息融合时会存在匹配问题。以相对地理坐标系作为定位定姿系统的导航坐标系,重新对SINS进行了力学编排,分析了其误差传递特性,建立了相对地理坐标系下的状态方程模型,并利用Kalman滤波器实现了视觉辅助惯性定位定姿算法。仿真结果表明,方法避免了信息融合时位置匹配问题,同时降低了系统的计算量,满足了定位定姿系统的精度要求。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先,运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图。然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°。     

扰动线运动对惯性系粗对准影响分析及优化方法

针对扰动线运动对惯性系粗对准精度影响较大的问题,通过分析惯性体坐标系下重力加速度积分矢量的物理含义,给出了受扰动线运动影响的惯性系粗对准的误差分析。并在此基础上提出了基于位移积分矢量构造定姿矢量矩阵的抗扰动粗对准算法,利用对速度积分矢量进一步积分得到的3个时间点的位移积分矢量构建姿态解算矩阵,抑制扰动线运动对粗对准精度的影响。仿真结果表明,该算法可有效减小扰动线运动影响下的对准结果振动幅值,能够快速收敛到满足精对准使用的精度范围,从而提高武器装备环境适应性。     

基于角增量提取的旋转矢量算法研究

在某些由光纤陀螺或微机电陀螺组成的捷联航姿系统中,陀螺输出的是角速率。针对这种情况,归纳了基于角增量提取的二子样、三子样和四子样旋转矢量姿态算法,推导了这些算法的圆锥误差表达式,比较了它们的性能。     

置信度检验法在新测量船船姿故障诊断中的应用

为解决惯导设备数据异常而状态码未及时更新所导致的设备状态无法判断的问题展开研究。基于新测量船分布式惯导的安装设计,分析了如何通过坐标转换的方式,计算得到冗余的船姿数据。根据冗余船姿数据的特性,采用置信度检验法对各姿态测量设备进行检测,建立了设备可信任度矩阵,并将矩阵元素与对应设备进行标志,可以通过分析矩阵元素有针对性地进行船姿故障诊断,并对检测过程中可能会产生的矩阵特性做了分析说明。最后,在某次任务惯导实测数据的基础上,仿真了横摇数据的漂移,并通过置信度检验法对其进行检验,实验结果验证了方法的正确性。     

磁强计数据辨识卫星自旋状态

针对近地低轨三轴稳定卫星在轨管理后期,除磁强计外其他姿态敏感器都无效情况下的姿态异常问题,分析了三轴稳定卫星失去姿态基准后,星体自旋状态下三轴磁强计测量数据的特点,提出了使用磁强计测量数据的矢量信息,以找到能够获取卫星状态的方法,从而建立了磁强计测量矢量与卫星自旋轴的几何关系,给出了处于自旋状态下的卫星自旋轴确定方法。通过此种辨识方法,获得了某气象卫星姿态异常翻转状态下的自旋矢量方向和自旋角速度,从而证明了该辨识方法快速、有效,可以作为姿态异常卫星自旋状态的辨识手段,为恢复卫星姿态提供了重要信息,具有一定的工程应用价值。     

一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法

针对现有组合导航系统易被干扰欺骗以及姿态求解精度不足的问题，设计了惯性测量单元(IMU)与偏振光传感器组成的航姿参考系统(AHRS)。同时，考虑到传统的姿态求解方法精度不高，提出了一种用于仿生导航无人机航姿求解的混合滤波方法。将Mahony滤波后的姿态值作为系统观测量，再结合扩展卡尔曼滤波(EKF)实现传感器数据的深层融合，以获得高精度的姿态角信息。实验结果表明：在静态环境下采用混合滤波方法求解的姿态值能有效滤除偏振光传感器和加速度计内部噪声干扰，其稳定性明显优于两种方法各自求解时的情况；在动态实验中该方法能有效抑制单独采用Mahony滤波时存在的超调问题，表现出更高的动态解算精度，从而为偏振光组合导航系统提供了更精确的姿态估计信息。     

Novel attitude determination method by integration of electronic level meter,INS, and low-cost turntable for level attitude evaluation and calibration of INS

Attitude references are greatly needed for the evaluation and calibration of Inertial Navigation Systems (INSs), which are widely used in gravimeter, marine, and aeronautical navigation. High-accuracy turntable, INS, and Global Navigation Satellite System have been utilized to verify the performance of relatively low-accuracy INS. The accuracy requirement of the attitude reference continuously increases with the rapid improvement of inertial sensors and navigation algorithms. However, the cost of attitude determination system increases rapidly with the increase of attitude accuracy requirement. To solve this limitation, the integration of level meter, INS, and low-cost turntable is proposed to provide level attitude, such as roll and pitch. The turntable is utilized to rotate the INS. An integration model of the level meter and INS is built to estimate the level attitude and reduce the cost of the turntable. The proposed method successfully avoids the dependence on high-accuracy turntables. An observability degree analysis is conducted to improve the level attitude accuracy further. The simulation and turntable test results indicate that the proposed method can provide high-accuracy level attitude without high-accuracy INS or turntable and is applicable to error calibration and attitude evaluation of INS.