激光陀螺四位置寻北仪提高精度方法

为消除激光陀螺零偏和常值漂移的影响,采用四位置方案来实现高精度寻北。本文简述了单轴激光陀螺四位置寻北方案,给出了陀螺敏感轴与机体系前向偏差角标定方法,研究了寻北仪在倾斜基座下数据补偿算法。本文研究了由于在四个位置上电机转动不到位所引起的误差补偿算法。通过对寻北仪系统测试,采用电机转动不到位补偿后数据标准差降低了0.02º,激光陀螺寻北仪系统达到了高精度快速寻北的要求。     

高精度静电陀螺寻北仪

本文阐述了静电陀螺寻北仪在我国的研制与发展状况。给出了静电陀螺寻北仪的原理结构和方位角估计算法初步实验结果表明：静电陀螺寻北仪的寻北精度优于１０″，寻北时间少于３０是现实的。     

正弦波正交检测陀螺寻北仪方向敏感误差分析与补偿

以单轴连续旋转式陀螺寻北仪为研究对象,采用正交检测技术寻北时,由于转台旋转存在锥动、周期性转速不平稳和测角误差,将引入方向敏感误差,且对寻北精度影响较大。通过理论分析和实际测试,单或双陀螺寻北方案均不能完全补偿方向敏感误差,而采用三陀螺寻北方案能够完全补偿方向敏感误差。提出了正弦波正交检测寻北方案,并利用实验室自主设计的恒速偏频激光陀螺寻北仪进行测试验证。实验结果表明,静基座条件下,采用单或双陀螺寻北方案只能达到10角分级精度;而采用三陀螺寻北方案3min寻北精度优于50角秒（1σ）、10min寻北精度优于30角秒（1σ）、20min寻北精度优于15角秒（1σ）。     

基于寻北技术的测斜仪初始对准方法

在捷联惯导技术应用到石油采掘与矿井勘探领域的背景下,探讨如何使用低精度的惯性传感器获得精确的初始姿态信息。本文借鉴陀螺寻北仪的两位置寻北方案,研究了基于寻北技术的初始对准方法,利用该方法可滤除惯性传感器的常值漂移。仿真表明在使用低精度的惯性传感器条件下,利用该方法能获得较高精度的初始姿态信息。     

一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法

基于旋转调制技术,提出一种利用单轴陀螺及单轴加速度计的寻北方法.该方法利用旋转过程中俯仰角和滚动角存在相互转换的特点,用单个加速度计的输出结果补偿初始滚动角及俯仰角的影响.通过设定中间变量建立起旋转过程中角速度及加速度与初始纬度及航向角之间的关系,建立以中间变量、陀螺漂移和加速度计零偏为状态量的卡尔曼滤波误差模型,并使用中间变量经过公式计算获得初始纬度及航向角的数值,实现单轴陀螺仪及单轴加速度计连续旋转的寻北计算.该方法不需要初始纬度信息和精确调平,即可完成寻北,具有简单、实用、可靠性高、成本低等特点.利用随机游走为0.001(o)/√h的光纤陀螺设计原理样机进行5min寻北试验,寻北精度可达0.5mil(1o).     

挠性陀螺寻北中的航向误差

陀螺两位置寻北中存在非线性航向误差,其测量航向角与真实的航向角差值的大小随真实航向角的变化而变化,呈现出近似为正（余）弦曲线的波动形式。本文分析了挠性陀螺寻北系统中航向效应产生机理。介绍了陀螺两位置寻北原理及误差模型,重点分析了挠性陀螺仪零次项漂移和一次项漂移对航向误差的影响,推导了误差公式,估计了两位置寻北中陀螺仪精度对测量精度的影响,寻北试验的结果验证了理论分析结论。     

DSP在陀螺寻北仪中的应用

陀螺寻北仪在军事和民用领域有着重要的作用,应用前景非常广泛.针对陀螺寻北仪要求计算速度快、精度高的特点,采用了具有运算速度快、精度高特点的数字信号处理器(DSP),可以很好地满足陀螺寻北仪系统的这一要求.对所应用的DSP芯片TMS320F206算法和程序模块的应用进行了说明,同时也采取了硬件和软件的抗干扰措施,达到了设计要求,通过了环境测试.     

基于空间三轴激光陀螺的恒速偏频寻北技术

激光陀螺特有的闭锁效应使得其在应用中必须采取偏频去锁的方法,速率偏频技术可以有效降低激光陀螺随机游走误差,提高测量精度。基于空间三轴激光陀螺自身特有的三轴正交斜置特性,采用恒速偏频方法,通过建立新的系统误差方程,引入刻度系数误差状态量,采用卡尔曼滤波方法实现了系统的高精度寻北。这种初始对准方法对准速度快,对准精度也有较大提高,5min寻北精度能达到90″(3σ)。     

旋转调制光纤陀螺惯导寻北精度探索

高精度寻北是旋转调制光纤陀螺惯导实现高精度导航的前提,也是其技术优势的体现。针对当前旋转调制光纤陀螺惯导在快速高精度寻北中遇到的问题,对其寻北精度极限进行了深入研究,梳理出4项最主要的影响因素,对其影响机理、误差模型、量级进行了深入的分析,并通过样机试验进行了验证。结果表明,尽管随机游走系数是制约寻北精度极限的最终因素,但陀螺刻度系数误差、扰动速度、航向效应等误差处理不好,将严重影响旋转调制寻北精度;通过采取措施,高精度光纤陀螺旋转调制惯导5min寻北精度已达到35″(3σ),进一步提高精度的措施正在研究中。     

快速寻北系统中基于α-β预滤波器的惯性器件斜坡漂移补偿

快速寻北系统在不同温度环境下冷启动过程中陀螺和加速度计输出的斜坡漂移及其斜率的逐次启动随机性影响了快速寻北精度。以激光陀螺快速寻北系统为研究对象,设计的α-β预滤波器在粗对准阶段即可收敛,可对陀螺和加速度计输出数据的漂移特性进行实时滤波估计与补偿,其带宽不对基座扰动引起的数据波动特征造成影响,有效消除了精对准过程中陀螺和加速度计斜坡漂移的影响。实验结果表明,激光陀螺快速寻北系统经α-β预滤波后冷启动寻北精度得到显著提高。     

气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性 的影响及抑制方法研究

光纤陀螺仪可用于测量载体相对惯性空间的角运动, 是光纤惯导系统的核 心部件。因此,要求光纤陀螺仪具有较高的精度和良好的环境适应性。光纤环是光纤陀 螺仪的角速度敏感部件,光纤环受到环境因素影响,将导致光纤陀螺仪精度下降,因此 需要对光纤环采取适当的保护措施。分析了气压变化导致光纤陀螺仪零偏稳定性变差的 机理： 环境气压的急剧变化, 会使光纤环上产生附加应力, 造成光纤的折射率分布不 均,导致光路产生非互易性相位差,使光纤陀螺仪零偏产生漂移,零偏稳定性变差;并 提出了对光纤陀螺仪进行密封的措施来抑制该效应。经试验验证,采用此密封设计后, 光纤陀螺仪在变气压环境中的零偏稳定性改善了近10 倍。     

EMD滤波在捷联惯导晃动基座初始对准中的应用

为了实现晃动基座情况下光纤捷联惯性导航系统的高精度初始对准,提出了一种基于经验模态分解(EMD)法去噪的抗干扰初始对准算法。该算法在凝固惯性系下进行姿态更新,以反映载体在晃动干扰下的姿态变化,从而消除角运动干扰的影响;并针对EMD法的不足对其进行改进,然后对加速度计的输出进行去噪,以消除线运动干扰的影响。结果表明:改进后的EMD法具有良好的去噪效果,基于EMD法去噪的抗干扰初始对准算法具有角运动和线运动的干扰抑制能力,能够实现晃动基座下的高精度抗干扰初始对准。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

晃动基座捷联惯导系统初始对准迭代方法

由于受风力或发动机启动等因素的影响,惯导系统载体(如导弹、飞机、舰船和车辆)经常遇到低频晃动的情况。晃动干扰使得陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅下降,从而导致常用的对准方法无法满足高精度初始对准要求。针对这一问题,提出了一种基于晃动基座的捷联惯导系统迭代初始对准方法。本方法由惯性导航计算出水平速度误差,利用最小二乘法估算出水平角速度误差、姿态误差和航向误差,然后进行迭代计算,从而算出导航初始时刻的姿态和航向。车载(发动机启动)试验结果表明,该算法既提高了晃动基座条件下的初始对准精度,航向角误差的方差采用静态对准时为0.39244°,摇摆对准为0.03331°,本文采用的迭代对准为0.00883°,缩短了对准时间,迭代对准2min的航向角精度等效于静态对准和摇摆对准5min的精度。     

纬度未知条件下捷联惯导系统晃动基座的初始对准

针对纬度未知条件下捷联惯导系统(SINS)晃动基座的初始对准问题,提出晃动基座下的纬度估计算法和初始对准方法。前者通过惯性坐标系下两个不同时刻的重力加速度向量的夹角来求取纬度;后者利用惯性坐标系下的姿态更新来实时地反映载体在晃动干扰下的姿态变化,结合初始姿态的最优估计实现初始对准。理论分析表明,本文提出的纬度估计算法的误差主要由加速度计误差决定,陀螺误差和晃动干扰对其影响很小。仿真结果表明,本文提出的纬度估计算法和初始对准方法适用于纬度未知条件下晃动基座的初始对准。     

双通道光纤陀螺捷联惯导的设计与实现

针对光纤陀螺惯导精度和动态性能相互矛盾的问题,从实际应用需求出发,提出了一种高精度和大量程的双通道光纤陀螺捷联惯导系统.介绍了设计的基本原理和系统组成,并详细阐述了大小光纤陀螺设计、双通道加速度计设计和软件算法设计等关键技术,最后研制了一套原理样机.通过系统级标定试验、量程和陀螺精度试验、高动态振动环境试验和动态跑车试验等对样机进行验证,结果表明该技术方案具有可行性,为其他光纤陀螺惯导系统提供了新的设计思路.     

真北方位基准标定与惯导测试设备引北技术

为了标校惯导产品诸如寻北仪的真北方位,需要在室内建立真北方位基准,并把真北方位引入惯导产品和测试转台等设备。主要探讨了真北方位基准标定和设备引北的有关实用方法,例如：基于双测站的天文定向、基于同步网的GNSS定向、经纬仪对向观测方法,并给出了综合运用这些方法的技术措施和适用性,以及典型实例。20年来,这些技术已在所完成的上百个此类项目中得到了成功运用,实测结果稳定;利用双测站的天文定向方法,通过两站方位传递,一般观测3~6测回,在良好的观测环境下,一般可获得高于经纬仪标称精度的定向结果。     

高精度光纤IMU的磁屏蔽方法及实验研究

惯性测量单元(IMU)是位置姿态系统(POS)的核心部分,IMU的精度很大程度上决定着POS精度.由于高精度光纤陀螺(FOG)的光纤线圈对磁场敏感,基于高精度FOG的IMU精度会受磁场影响而降低.本文研究了FOG磁敏感性机理,通过实验得出高精度光纤IMU对磁场敏感的结论.采用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwe...     

惯性/里程计组合导航无地标行进中自主对准

载车行进中自主对准可有效缩短机动前准备时间,提高姿态对准精度以及对准过程中无地标自主定位精度是关键。本文提出一种里程计辅助捷联惯导系统行进中对准算法,推导了行进中精对准滤波模型以及对准过程中无地标自主定位算法。为缩短对准时间、减小由于航向角误差未收敛时造成的定位误差,利用回溯法将粗对准过程存储数据用于精对准过程,且回溯法仅需存储少量数据适合于工程应用。车载实测数据分析表明算法可同时实现行进中自主对准与对准过程中无地标自主定位,有效提高了载车快速机动能力,航向角对准精度优于1 mil,对准过程中无地标自主定位精度优于0.3%行程。