五冗余捷联惯组最优配置设计

导航制导系统的高可靠性直接决定了固体运载火箭飞行任务完成的质量,而惯组冗余技术是目前提高系统可靠性的主要方式之一。文章以固体运载火箭导航系统中一种三正交两斜置的五冗余捷联惯组配置方式为对象,以导航性能指标最优为目标函数,构造了最优配置下的非线性矛盾方程组,采用最小二乘法求解得到最佳逼近解,得到五冗余捷联惯组的最优配置,并通过仿真进行了验证。结果表明,三正交两斜置的五冗余捷联惯组最优配置共有24组解,其全部解的导航性能指标均为1.424 3;当某个正交轴出现故障时,能够从斜置轴信息中重构出正交轴信息,以保证导航信息的准确性和精度,且导航误差在5倍陀螺器件自身误差当量之内。     

运载火箭制导系统冗余设计技术研究

针对提高运载火箭飞行控制系统可靠性问题，从制导系统角度给出了两种系统级冗余方案，对其冗余配置、可靠性、冗余管理、故障检测和隔离、系统同步问题进行了讨论。     

一种补偿t-OPT噪声的冗余捷联惯组故障检测方法

为提高基于等价空间原理的故障检测方法在冗余捷联惯组故障检测中的适用性和鲁棒性，提出了一种补偿噪声的t检验最优奇偶向量法(t-OPT)。该方法在最优奇偶向量法(OPT)的基础上引入t检验构造了新的故障检测函数，使用卡尔曼滤波算法补偿了t-OPT方法中故障检测函数的随机噪声，使检测方法在奇偶残差统计特性未知、存在噪声干扰和故障幅值较小的情况下，仍可以实现对故障器件的准确定位。仿真结果表明：该方法可以检测到冗余捷联惯组中低故障幅值的常值漂移，有效降低了常值漂移故障检测的虚警率以及线性漂移故障的检测时延。     

双捷联冗余技术在长征二号丁运载火箭上的研发与实践

介绍了双捷联冗余技术在长征二号丁(CZ-2D)运载火箭上的研发与实践。阐述了采用双八表惯组和光纤惯组的必要性,以及激光/光纤双捷联惯组的优势。给出了基于采用主从冗余设计的激光/光纤双捷联控制系统的组成,以及突破的故障诊断与决策、全方位发射、组合导航、方位瞄准及参数测量、三CPU冗余计算机等关键技术。飞行试验验证了双捷联冗余技术总体设计的正确性。展望了运载火箭惯导技术中二度故障重构率提高、组合导航改进、双捷联主备份互换、大角度空中滚转定向、十表惯组应用等的后续发展。双捷联冗余控制系统的应用,提高了全箭飞行可靠性和任务适应性,以及入轨精度,减轻了火箭末子级的质量,增大了运载火箭的运载能力,为光纤惯组在运载火箭中的应用积累了成功子样。     

捷联惯组空间五点减振的振动耦合分析

针对某型光纤(FOG)捷联惯组(SINS)的轻量化设计要求,采用了空间五点减振的布局方案。基于弹性中心理论计算了空间五点减振系统的弹性中心和偏心量,在捷联惯组存在质心偏移的情况下,增设第五点减振器可以将减振系统的弹性中心和捷联惯组惯性测量系统质心之间的偏心量减少到1.42mm。从刚体动力学出发对振动耦合的解耦条件进行了讨论,指出捷联惯组在惯性主轴偏移的情况下,空间五点减振系统无法实现角振动的解耦,但是通过调整IMU结构布局的质心,或通过调整减振器的刚度比,都可以实现线振动和角振动的解耦。用有限元方法对上述两种解耦方案下捷联惯组的冲击响应进行了计算,仿真结果表明,调节质心和调整减振器刚度两种方法对于降低IMU振动耦合的效果均较为理想,由线冲击引起的角振动降低了约29~100倍。     

非共面基座的不对等精度平台惯组主从冗余控制技术

针对非共面基座安装的精度差异悬殊的平台惯组双惯性器件控制系统,提出了一种较优的冗余故障诊断及冗余决策方法,介绍了冗余故障门限的设计思路,解决了不同测量环境下的不对等精度惯性器件冗余故障诊断难题,实现了低成本条件下的控制系统可靠性提升。     

双捷联冗余控制系统中的加速度计及陀螺仪判别方法研究

采用冗余技术可以大幅度地提高运载火箭控制系统的可靠性。根据我国现有惯性器件的发展水平，挠性陀螺速率捷联技术比较成熟，因此利用挠性陀螺速率惯测组合组成双捷联冗余控制系统是目前实现冗余的可行之路。目前广泛使用的挠性速率惯测组合是某些型号所采用的“五表”组合，本文对以其构成的双捷联冗余系统，进行了加速度计及陀螺仪判别方法研究，并探讨了惯性组合采用非平行安装的方案。最后进行了数学仿真试验。结果表明，本文提出的加速度计及陀螺判别方法可以有效地进行冗余信息的管理。     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

运载火箭捷联惯组全自主对准技术应用研究

我国运载火箭发射前通常通过光学瞄准确定初始方位角,采用捷联惯组自对准解算获取水平姿态角。以可实现简易、快速发射的新型火箭为背景,在发射场阵风等干扰引起箭体低频微幅晃动的环境下,研究了捷联惯组自主对准技术。分析了运载火箭全自主对准的特点,利用以惯性系为参考基准的解析对准法和卡尔曼滤波精对准方法,对高精度全自主对准技术和其在运载火箭上的应用展开了详细论述。开展了全自主对准试验验证,结合新一代运载火箭首飞数据进行了分析。结果表明:捷联惯组全自主对准技术可替代复杂的光学瞄准系统,实现运载火箭发射前初始姿态的确定。     

飞行器最佳冗余测量

本文在提出测量精度、故障检测性和故障识別性指标的基础上,研究了冗余测量元件的安装型式和最佳安装方位;提出了一种故障冗余处理方法,以提高故障识别的可靠性,并指出了正交-斜装组合型结构,在飞行器冗余测量中,是一种较好的安装结构。     

捷联惯导系统中确保全姿态测量的软故障检测和隔离

本文探讨了最多有两个捷联陀螺发生软故障时的故障检测和隔离方法，给出了由奇偶向量确定的软故障χ＾２检验法，详细推导了两个陀螺都发生软故障时的极大似然故障隔离判决函数的计算公式，归纳出了对故障陀螺的隔离搜索算法。仿真结果表明，即使故障量与漂移一样微小，该法仍能准确检测并隔离出故障陀螺。     

基于奇异值分解的冗余惯导系统故障诊断

为了验证奇异值分解法（SVD）存冗余惯性组件系统故障诊断中的实用性，进行了一系列的研究。以沿正十二面体对称侧面配置的六陀螺冗余惯件组件为平台，对2种基于奇异值分解的故障诊断方法进行了相心的实验，分析了不同类型故障下的故障诊断效果及其原因。实验结果证明了方法在实际应用中的有效性，2种疗法均可以正确的诊断出故障。奇异值分解法中的方法2不仅可以检测一个陀螺的故障，还可以检测2个陀螺同时发生故障的情况，有更广泛的实用价值。     

捷联惯性测量组合台体组件设计与分析

台体组件是惯性测量组合的关键部件。根据某型号捷联惯性测量组合技术要求,采用 三维建模和有限元分析方法,对某型号惯性组合的台体结构进行了充分论证和分析,确定了 最优台体结构。计算结果表明,该台体具有良好的刚度和动态特性,能为惯性仪表提供良好 的工作环境。最后,对台体上安装的减振器的参数、结构形式和安装位置进行了详细分析。 研究工作对今后型号研制设计具有一定的指导意义。
     

箭载捷联惯性导航系统初始对准技术研究

为同时提高运载火箭捷联惯导系统(SINS)的对准精度、缩短对准时间，采取经典的粗对准与精对准两步对准法。在粗对准阶段，由惯性仪表的测量信息解析计算惯测组合坐标系到数学平台系的角位置关系，建立初始方向余弦矩阵Cb^n；在精对准阶段，采用四元数法推导出激光陀螺SINS数学平台角误差和速度误差方程。并以此建立初始对准误差模型，采用卡尔曼滤波(KF)进行精对准。数字仿真结果表明该模型有效，能满足初始对准精度和对准时间的要求。     

冗余技术在捷联惯导系统中的应用研究

在简要介绍冗余技术的基本概念和发展状况的基础上，指出了目前飞行器控制系统存在的主要问题，并将冗余技术引入捷联惯导系统，使捷联惯导系统可靠性迅速提高，同时获得了大量重复测量数据。最后给出了工程应用实例，并探讨了进行冗余设计时需要注意的几个问题。     

星光/惯性组合制导方案与位置误差分析

根据捷联星光制导双星方案和星光/惯性组合制导基本原理,提出了一种以惯性导航为主、星光制导为辅的导弹组合导航方法。建立了组合导航位置误差计算模型。对星光惯性组合制导精度的分析表明,该法提高了对星光导航测量信息的利用度,改善了导航精度。     

捷联惯性测量装置的综合环境应力可靠性试验

研究了捷联惯性测量装置综合环境应力可靠性试验方法，分析了捷联惯性测量装置的原理和可靠性指标，并给出了试验方案、环境应力、试验剖面和失效判据等内容。对某型战术导弹捷联惯性测量装置进行的可靠性增长试验表明，该方法可以较真实地模拟实际的使用环境。     

基于捷联惯导的船载新型阵列雷达阵面姿态测量系统设计

针对大型船载新型阵列雷达需重新考虑捷联惯导安装设计问题,简单介绍捷联惯导基本工作原理,设计单轴旋转机构激光陀螺捷联惯导新型阵列雷达阵面姿态测量系统,详细说明系统的组成结构,并通过仿真试验给出在组合导航模式下姿态测量结果,证明系统可满足船载新型阵列雷达阵面姿态的精确测量要求。     

捷联式反辐射导引头角跟踪技术研究

对于工作在低频段的地空反辐射导引头,传统的稳定平台式导引头无法满足小口径要求,为此采用捷联干涉仪体制。但是采用该体制后,天线是固定安装在弹体上的,无法直接提取比例导引指令,必须寻求新的解决方案。针对该问题,提出采用捷联式角跟踪与解耦方法来消除导引头的弹体姿态扰动耦合,实现视线稳定跟踪。首先,给出了捷联式角跟踪与解耦技术的工作原理与实现方法,在此基础上,对系统进行了仿真建模与性能分析。结果表明,测量误差和噪声较小时,该方法能获得较好的解耦与跟踪性能,所得结果为捷联式导引头角跟踪系统的工程实现提供了理论基础,也为未来导引头的小型化需求提供了一种新的解决方案。