高精度惯性平台连续自标定自对准技术

提出了一种新的惯导误差系数标定方法——连续自标定自对准方法。利用外部参考力矩驱动平台按照一定角速度旋转，在平台加矩角速度、地球自转角速度和重力加速度的影响下，惯导平台的加速度表输出包含陀螺误差系数、加速度表误差系数、平台对准误差以及陀螺和加速度表的安装误差等全部误差信息，并由此得到平台失准角动态方程与加速度表的输出方程。在设计的平台连续旋转轨迹下，使用迭代Kalman滤波获得了全部平台误差系数的精确估计。与传统的多位置翻滚标定方法相比，该方法标定时间短，标定精度高，系统误差参数估值具有良好的收敛性。     

一种星敏感器标定误差修正方法研究

针对星敏感器地面实验室待定系数法标定的缺陷,提出了一种星敏感器标定误差修正方法以提高标定精度并根据实际标定数据进行了计算验证。基于星敏感器标定系统建立了标定理想模型。在用物理方法求得主点坐标的基础上,将焦距测量值代入星敏感器标定误差模型,只需考虑镜头畸变和像面旋转对星敏感器标定结果的影响。提出了标定误差的分步校正方法:先用径向畸变的一阶模型校正镜头畸变;再以标定理论值的中心水平线为基准,与实测值的拟合直线比较,求出实测直线与理论直线的夹角,依据点的旋转公式修正像面旋转引起的误差。某星敏感器实际标定数据表明:与待定系数法相比,该法不仅减小了标定误差大小而且改善了标定误差的均匀性。     

惯导平台误差快速自标定方法研究

针对惯导平台误差系数标定问题提出了一种平台连续旋转条件下的误差系数自主标定方法.建立了基于框架角动力学方程的平台连续翻滚模型,平台旋转时,系统的框架角和加速度计输出包含了陀螺仪、加速度计的全部误差.利用李导数及输出灵敏度理论全面分析了连续翻滚路径下惯导系统的可观测性.提出了一种结合传统多位置试验的平台连续翻滚自标定方案.仿真结果表明该方案可以在较短的时间内完成平台系统误差系数的高精度标定.     

陀螺加速度计误差模型系数离心机测试方法研究

提出了一种在带有反转平台的精密离心机上标定陀螺加速度计误差模型系数的方法。阐述了其测试原理，指出这种带反转平台的测试原理改善了陀螺加速度计离心机测试的环境条件。所提出的测试方案和辨识方法解决了陀螺加速度计在精密离心机上进行高g测试时，受到离心机大臂旋转牵连运动影响的关键问题，并提出分离和精确标定陀螺加速度计误差模型系数的数据处理方法，解决了反转平台引入后造成的正弦输入问题。     

基于双回路扩展卡尔曼滤波的惯性平台连续自标定

为解决传统的惯性平台连续自标定中,由于系统非线性强、状态向量维数大引起的滤波收敛速度慢、对滤波初始条件敏感等问题,研究了一种双回路扩展卡尔曼滤波方法。首先给出了平台连续自标定的误差模型;然后根据加速度计误差与导航误差之间的关系,对加速度计输出进行预滤波得到加速度计输出误差;同时通过分析陀螺仪误差在平台连续自标定过程中的传播特性,将耦合在加速度计输出误差中的陀螺仪误差解耦;最后以陀螺仪误差和加速度计输出为观测量,建立了陀螺仪和加速度计的扩展卡尔曼滤波方程,分别对陀螺仪和加速度计误差系数进行标定,实现双回路扩展卡尔曼滤波。仿真结果表明,该方法能够在900 s内以低于0.05%的相对误差标定出所有的平台误差系数,并且对滤波初始条件不敏感,可以有效地扩展连续自标定方法的实际应用。     

一种陀螺力矩刻度因数的标定方法

惯性平台上一般安装有两个二自由度陀螺，陀螺的力矩器刻度因数是一个非常重要的参数。讨论了在惯性平台闭盖条件下，利用惯性平台自身的功能对两个不同安装位置的陀螺仪进行测试和标定的方法，以及影响标定精度的一些误差。     

利用偏移矩阵提高CBERS图像预处理几何定位精度的方法研究

偏移矩阵是指由于传感器与卫星平台之间的安装偏差而导致的传感器坐标系与卫星平台坐标系之间的旋转矩阵，用于校正传感器与卫星平台坐标系之间不重合而导致的成像偏差。针对CBERS卫星数据处理系统只能使用星上下传姿态和星历数据进行预处理，而这些姿态和星历数据也可能存在系统误差的情况，我们把预处理图像所有引入误差，包括系统安装误差、姿态和星历数据误差、地面处理模型误差等，综合导致的成像偏差，归结为一个旋转矩阵来校正，该旋转矩阵定义为偏移矩阵。当系统成像存在一个较大的系统误差时，把该偏移矩阵代入几何校正处理模型中，可以得到很好的校正效果。文章方法在CBERS卫星的在轨测试中得到实施并取得较好的效果，增加偏移矩阵校正后，图像预处理几何定位精度得到显著提高。     

旋转平台惯导系统旋转效应误差高精度补偿算法

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了旋转式HRG平台惯导系统。针对旋转效应误差对旋转平台惯导系统的导航解算精度影响较大的问题,提出了一种旋转效应误差的高精度速度补偿算法和位置补偿算法。通过分析旋转平台惯导系统的特殊性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程以得到完整的误差补偿表达式;为避免直接积分求解,采用余弦函数对载体加速度在台体坐标系上的分量进行拟合,从而实现了精确的补偿运算。仿真及试验结果表明,算法能更有效的补偿系统旋转效应误差,提高了旋转平台惯导系统的导航精度。     

高精度惯性平台误差自标定方法

在考虑框架轴、陀螺和加速度表安装误差的备件下，推导了惯性平台陀螺仪和加速度表的通用输出误差模型。为分离陀螺仪误差系数、加速度表误差系数、陀螺仪安装误差、加速度表安装误差，设计了一个16位置的标定方案，以完整地分离出惯性平台的42项误差系数。算例表明，采用该方法标定，陀螺误差系数的精度可优于5％，加速度表则更高。     

微小卫星三轴磁强计测量误差校正方法

微小卫星在轨进行磁阻尼和磁定姿时,要利用三轴磁强计测量磁场强度,由温度变化引起的测量误差大大降低了测量精度,因而要对测量误差进行校正。文章提出一种校正方法,通过分析三轴磁强计的测量误差建立误差校正模型,利用磁环境模拟器的磁场强度、温度及三轴磁强计的输出电压,对三轴磁强计进行温度建模,利用伪逆法求得三轴磁强计的标定系数,再利用标定系数和零位电压对温度进行线性拟合,可实现三轴磁强计测量的温度补偿。在温度可变的磁环境模拟器中采用校正方法对三轴磁强计进行测试,结果显示该校正方法具有很好的实用性。     

捷联惯导加速度计尺寸效应误差建模及其标定

高动态条件下,加速度计（简称加计）的尺寸效应将成为捷联惯导系统精确导航的重要误差源。这个误差源于加计组合中三个加计振动中心（有效的加速度测量点）的不重合。从几何角度对加计尺寸效应误差进行了建模。设计了三类基于精密三轴速率转台的加计尺寸标定方案,即匀角速度旋转、匀角加速度旋转和正弦角加速度旋转方案。以旋转过程中捷联惯导系统的速度输出作为量测,利用Kalman滤波器可以实现对加计尺寸系数的有效估计。利用分段定常系统可观性分析方法研究表明,三类旋转标定机动均能使系统状态完全可观测。仿真结果证明了三类标定方案的有效性,而以匀角速度旋转方案估计过程最平稳,以正弦角加速度旋转方案估计精度最高。     

非全姿态惯性平台小角度射前自标定方法

为实现非全姿态惯性平台全装弹状态下的射前自标定,提高导弹射击精度,提出了非全姿态惯性平台在小角度状态下射前自标定方法。通过对导弹飞行过程中平台的受力分析,确定了平台误差模型中产生漂移最主要的六项误差系数,设计了使平台转动到预设角度并自动锁定的控制电路,控制平台在初始和小角度倾斜两位置处锁定,使六项误差系数受到重力加速度的有效激励,最后利用构建的闭环力矩反馈回路进行测漂,分离出各误差系数。精度分析表明,标定精度能够很好地满足系统要求。与传统方法相比,该方案利用小角度倾斜状态实现三轴同时测漂,仅需平台在两个位置间转动一次,其自标定时间缩短为借助转台多位置标定时间的25%。     

一种行星车视觉导航系统的立体校正算法

针对行星车软着陆过程中,视觉导航系统参数变化后星面再标定难度大的问题,在传统立体校正算法基础上提出了一种适用于行星车视觉导航的弱标定立体校正算法。算法利用地面标定结果和对应匹配点进行优化计算,约束校正矩阵形式,保证了校正结果为以光心为投影点的单应变换,并进一步简化参数,降低计算复杂度。在理论上证明了算法的正确性,实验验证了算法的有效性。实验结果表明,算法校正结果与已知相机内、外参数的欧几里德校正方法性能相当,校正误差和校正畸变均较小,满足行星车视觉导航系统要求。     

平台自标定数据有效性评估方法研究

平台系统测量误差是构成导弹制导误差的主要成分,采用平台系统自标定技术是降低平台测量误差影响的有效手段;而自标定结果是否可信,用什么标准进行衡量判定,需要给出定量评估;本文探讨了采取与转台标定数据作相容性检验、对自标定数据有效性进行评估的方法,提出如果转台标定数据与自标定数据相容,则既能验证自标定数据的有效性,又能将两种数据融合,降低各误差系数均值的随机性,从而提高导弹的命中精度.     

高精度液浮陀螺仪在双轴转台上的标定方法与误差分析

为提高液浮陀螺仪在双轴转台上的标定精度，将双轴转台的误差，陀螺仪的安装误差以及陀螺仪自身的静态误差建立在陀螺仪的标定模型中，在1g重力场中分别建立了16位置和20位置陀螺仪的标定方案。采用误差分离技术与最小二乘法来标定液浮陀螺仪的误差模型系数。与传统的8位置标定方法相比，本文所提出的两种多位置标定方法可以自动规避或补偿双轴转台误差，也可消除不易测量的陀螺仪安装误差对标定结果的影响，以此来提高液浮陀螺仪的标定精度。最后对提出的多位置标定方法进行误差分析，验证了方法的有效性。     

利用偏移矩阵提高CBERS图像预处理几何定位精度的方法研究

偏移矩阵是指由于传感器与卫星平台之间的安装偏差而导致的传感器坐标系与卫星平台坐标系之间的旋转矩阵 ,用于校正传感器与卫星平台坐标系之间不重合而导致的成像偏差。针对CBERS卫星数据处理系统只能使用星上下传姿态和星历数据进行预处理 ,而这些姿态和星历数据也可能存在系统误差的情况 ,我们把预处理图像所有引入误差 ,包括系统安装误差、姿态和星历数据误差、地面处理模型误差等 ,综合导致的成像偏差 ,归结为一个旋转矩阵来校正 ,该旋转矩阵定义为偏移矩阵。当系统成像存在一个较大的系统误差时 ,把该偏移矩阵代入几何校正处理模型中 ,可以得到很好的校正效果。文章方法在CBERS卫星的在轨测试中得到实施并取得较好的效果 ,增加偏移矩阵校正后 ,图像预处理几何定位精度得到显著提高     

旋转式平台惯导加速度计尺寸效应分析及高精度补偿

为提高HRG平台惯导系统的自主导航精度,利用旋转平均技术组建了HRG旋转式平台惯导系统.针对旋转式平台惯导系统在导航过程中台体绕台体轴的往复旋转会引起加速度计尺寸效应误差的问题,在对加速度计尺寸效应误差的产生机理进行深入分析的基础上,结合旋转式平台惯导系统的特性,提出将坐标变换矩阵完整的旋转矢量表达式代入速度和位置更新方程,建立了加速度计尺寸效应的高精度补偿算法,并讨论了减小加速度计尺寸效应所引起的发散的位置误差的方法.仿真实验结果表明,这种算法能够有效减小加速度计尺寸效应引起的速度误差和位置误差,从而验证了文中理论分析的正确性及所建立的补偿算法的有效性.     

基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算研究

基于旋转导弹的原设计,在旋转弹消旋平台上安装两轴框架,将红外探测光轴固定于框架上,采用微型惯组固连于红外探测光轴的底端以简化旋转弹导引头结构与多模复合设计,对基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算方法进行了研究,以实现导引头搜索至截获目标期间的姿态和位置的解算。给出了消旋平台和惯组的总体设计,采用引入框架码盘和消旋平台数据的方法,正确解算出此阶段导航信息,确保弹体的平稳准确飞行。建立了引入框架码盘误差后的位置姿态解算模型及流程。理论推导了框架转换定位与姿态及其相应误差。在两轴转台上用实物导引头验证了算法的正确性。对误差补偿设计和惯组精度需求进行了量化分析与验证。结果表明:陀螺漂移量控制在0.1(°)/s以内,初始姿态角误差控制在0.2°以内,探测器指向误差可达到半视场优于0.2°;加速度计误差控制在0.1m/s~2以内,码盘误差控制在0.04°以内,惯导定位误差在10s内可保证小于10m。该结论对此类旋转弹的后续发展有重要的参考意义。     

星间激光通信机光轴指向误差源分析与补偿控制

针对星间激光通信机后光路各光学元件存在的安装误差导致的光轴指向偏差，细化了激光通信机光学系统中各元件的误差矩阵，并采用矩阵光学方法提高分析精度，通过蒙特卡洛法模拟了总体误差情况，定量分析了各光学元件安装误差对光轴指向精度的影响。为了校正存在的固定安装误差，提出了基于误差校正矩阵的补偿方案。在不测量元件具体误差的情况下，通过相机处光斑质心坐标，反推入射光矢量方向，计算得到误差校正矩阵，对跟踪机构的转动角度进行补偿，显著降低了安装误差对光轴指向精度的影响，并在实机进行了粗跟踪误差校正矩阵修正安装误差的实验验证和全角度推广。结果表明，误差校正矩阵可以在难以测量后光路内部各光学元件误差的情况下，补偿系统安装误差，实现对后光路光轴指向误差的校正，大大简化了地面误差修正的流程，同时节约了在轨通信机跟踪指向运算资源，提高跟踪响应频率。     

三轴平台快速自标定与自对准方法探讨

为了提高地地导弹的作战效能,探讨了适应机动发射导弹快速发射要求的三轴平台快速自标定与自对准技术。误差标定及补偿是提高惯性系统使用精度的重要手段,但标定的完善性与快速性之间存在矛盾。误差标定及方位对准采用导弹水平状态七位置一体化方案,在约13.6分钟内能自主对准并标定出平台二十一项系数。导弹水平状态标定与对准可以基本消除阵风干扰的影响,且陀螺仪标度因数与漂移的估计采用有参考力矩的零力矩法,保证了标定、对准的快速性与准确性。经仿真验证,测量时间为1分钟时,漂移率估计误差在0.003°/h以内,测量时间为2分钟时估计误差在0.001°/h以内。