高精度光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性研究

光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性表征陀螺1/f噪声或环境引起的其他低频漂移,并影响陀螺在系统中的应用性能。因此,分析Allan方差零偏不稳定性就具有重要意义,对Allan方差零偏不稳定性进行理论分析和试验验证,在理论分析的基础上采用了提高Allan方差零偏不稳定性的技术措施,测试结果表明,技术措施明显提高了高精度光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性。     

环形激光陀螺误差测试及估计

在引进 L-1型环形激光陀螺 (Ring Laser Gyro,RLG)的基础上,对 RLG的各项误差,包括零偏、标度因数等的测试和估计进行了实验研究。对比研究了两种随机游走系数的计算方法;根据高低温环境测试数据,建立了零偏温度模型并进行了补偿;在国内首次采用 Allan方差技术对 RLG的各误差成分进行了分离和估计,实验证明 Allan方差法为一种评估 RLG性能的有效方法。     

基于Allan方差的激光陀螺噪声估计方法研究

激光陀螺的噪声影响其使用精度,为提高精度需要对噪声进行估计。研究几种基于Allan方差的激光陀螺噪声估计方法。首先,介绍了Allan方差的基本定义,以及运用Allan方差理论估计陀螺仪随机噪声系数的基本原理。详细叙述了三种典型噪声系数估计方法,即最小二乘法、分段估计法与规范化最小平方回归算法,指出各方法原理上的优缺点。最后通过对多组环形激光陀螺实测信号的定量分析,详细比较了三种噪声系数估计方法。结果表明,规范化最小平方回归算法计算简便,耗时短,拟合曲线平滑,拟合精度高,且具有较好的重复性,与其它两种估计方法相比,是一种更有效、科学,更适用于环形激光陀螺随机噪声特性分析的系数估计方法。     

基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法研究

INS作为一种精密的仪器,容易发生由于自身老化或受到外界环境干扰出现故障无法正常工作的情况。因此,深入研究了INS/GPS的故障检测算法,提出了一种基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法。在系统层面,通过残差式卡方检验法,能够在组合导航系统出现故障时及时准确识别,并为后续的动态Allan方差法确定一个故障发生的时间段,大大减小了Allan方差的计算量。随后通过动态Allan方差法对惯性传感器时变特性的表征,从传感器层面准确识别出故障发生的位置,两者结合实现了INS/GPS系统故障的及时检测与准确定位。通过对仿真和实验数据的分析,验证了这种方法对INS/GPS故障检测及定位的有效性。     

基于多参量模型的光纤陀螺温度误差补偿

温度漂移误差是制约光纤陀螺精度的重要因素之一。针对传统光纤陀螺温度补偿方法仅对温度项建模导致补偿精度差的问题,提出了一种新型多参量模型来补偿光纤陀螺温度误差的方法。通过对陀螺零漂误差和温度各相关项进行相关性分析,将温度和温度速率的乘积项及温度梯度滞后项引入到温度漂移误差模型中,建立了多参量分段补偿模型对零偏进行补偿,显著改善了光纤陀螺的零偏稳定性。使用实测光纤陀螺数据对提出的补偿方法进行实验验证,结果表明采用该方法补偿后,零偏误差平方和降低2个数量级,陀螺漂移均值、方差稳定在零点附近,补偿效果优于温度项分段拟合方法,与非线性模型预测效果相当。     

一种提升空间三轴激光陀螺性能的谐振腔方案研究

针对现有空间三轴机抖激光陀螺因通道间放电耦合引入了零偏误差导致陀螺性能损失的问题,提出了一种高精度空间三轴谐振腔改进设计实现方案.该方案从空间三轴激光陀螺与单轴激光陀螺放电系统的差异出发,分析了空间三轴激光陀螺不同放电状态引入零偏误差的机理,明确了高精度空间三轴激光陀螺各通道的放电电流控制需求.同时,分析结果表明,减小通道间的放电耦合可降低该型陀螺的零偏耦合误差项,因此需对空间三轴谐振腔进行放电结构的去耦合优化设计.最后,针对提出的空间三轴谐振腔改进设计方案,开展了陀螺性能试验验证,试验结果表明,空间三轴机抖激光陀螺的精度提升了5.7％以上.     

基于机械抖动激光陀螺仪的动态误差分析

机抖激光陀螺仪是目前应用最为广泛的激光陀螺,是实现应用捷联惯导系统进行导航的理想惯性仪表,研究激光陀螺仪的误差因素,并通过软件进行补偿提高其精度,对提高捷联惯导系统的精度具有重要意义。相对于研究已经较为成熟的静态误差,对动态误差的研究仍较少。针对激光陀螺的动态误差,通过分析在动态环境中抖动机构的输出对二频机抖激光陀螺输出的影响,建立了动态误差模型,为激光陀螺动态误差的研究提供了理论储备,具有一定的工程应用价值。     

MEMS陀螺零偏温度补偿模型研究

针对MEMS陀螺工作易受温度变化影响、角速度测量输出误差大、预热时间长的问题,通过大量实验数据分析、总结规律,建立了零偏温度补偿模型,并结合最小二乘法利用多元线性回归技术对模型参数进行了辨识。对比零偏温度补偿前后的试验结果表明,经过补偿后的MEMS陀螺不但测量精度得到提高,其工程应用稳定性也得到增强。     

光纤陀螺温度建模与补偿方法分析

通过光纤陀螺温度试验,分析了光纤陀螺的温度特性;理论上阐述了各项温度因素对光纤陀螺零偏的影响,并采用逐步回归分析的方法建立光纤陀螺零偏的温度数学模型。通过试验验证,采用该模型对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。     

光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。     

Identification Method for RLG Random Errors Based on Allan Variance and Equivalent Theorem

An identification method using Allan variance and equivalent theorem is proposed to identify non-stationary sensor errors mixed out of different simple noises. This method firstly derives the discrete Allan variances of all component noises inherent in noise sources in terms of their different equations; then the variances are used to estimate the parameters of all component noise models; finally, the original errors are represented by the sum of the non-stationary component noise model and the equivalent model mixed out of the stationary and critically stationary component noises. Results of two examples for identification confirm the superiority of this approach regardless of the errors being stationary or not. The comparison of results of real ring laser gyro (RLG) errors processed by various methods shows that the proposed approach is more suited to depict the original noises than common ones.     

一种提高光纤旋转系统导航精度的扰动基座对准技术

光纤旋转系统的安装误差、标度因数误差等误差参数会随着时间而改变,而惯性器件误差是导航过程中误差的主要来源,因此在系统自对准的同时对关键误差参数进行标定能够提高系统的导航性能。为了在不显著增加光纤旋转系统准备时间的条件下,结合光纤旋转系统特点,提高旋转系统的导航精度,将对光纤旋转系统扰动基座下的自对准技术进行研究。提出了一种优化改进的旋转路径和自标定自对准流程,并对旋转路径进行了可观度分析,在该旋转路径下采用了Kalman滤波算法对陀螺的安装误差、陀螺标度因数误差、加表零偏进行估计并补偿。仿真与系统试验结果表明,采用该方案后,系统速度误差有明显降低。     

一种双轴旋转惯性导航系统的重要参数快速自标定方法

为了提高双轴旋转惯导重要参数标定的快速性和精度，提出一种快速自标定方法。通过设置不同的标定路径可以在10 min内完成陀螺和加速度计的零偏以及标度因数误差的标定。该方法利用基于姿态误差观测的卡尔曼滤波完成陀螺零偏的估计。通过六位置翻滚并以速度误差作为观测量进行卡尔曼滤波，完成加速度计的零偏及标度因数误差的标定。使天向陀螺绕方位轴旋转4周，使水平陀螺绕水平轴转动4周，通过计算旋转前后的姿态误差完成陀螺标度因数误差的估计。仿真和试验结果表明，该方法可以实现双轴旋转惯导重要参数10 min内完成自标定，且具有较高的精度。     

空天飞行器星敏感器安装误差在线标定方法

空天飞行器高动态、长航时的运动特性可能导致一体化安装的惯性/天文组合导航系统中星敏感器与惯导间产生安装误差角。设计了一种星敏感器安装误差角动态辨识方法,建立了星敏感器安装误差角模型,设计了基于天文角度观测的星敏感器安装误差角动态辨识方案,分析了不同机动飞行方式下星敏感器安装误差角的可观测度。仿真结果表明,所设计的基于卡尔曼滤波的动态辨识方法能够在飞行器机动过程中快速地对星敏感器安装误差角进行在线标定,对安装误差角的标定值可以达到实际误差值的85%以上,有效地提高了组合导航系统的精度。     

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。     

捷联惯性导航系统动静态误差特性分析研究

捷联惯性导航系统动静态误差特性是基于惯性的组合导航系统的主要误差来源。为此,根据捷联惯性导航系统的误差状态方程,本文分析了不同动静态情况下的捷联惯导系统的误差漂移特性。针对静基座和动基座的不同特点,分别采用了特征根和基于数值仿真分析的方法,并建立了相应的误差特性分析模型。重点研究了陀螺常值漂移、加速度计零位偏置和随机性误差对惯性导航系统误差漂移特性的影响;全面分析验证了惯性导航系统的动静态误差特性。本文的研究工作将为惯性组合导航系统误差分析建模提供了有益的参考。     

空天飞行器星敏感器安装误差在线标定方法

空天飞行器高动态、长航时的运动特性可能导致一体化安装的惯性/天文组合导航系统中星敏感器与惯导间产生安装误差角。设计了一种星敏感器安装误差角动态辨识方法,建立了星敏感器安装误差角模型,设计了基于天文角度观测的星敏感器安装误差角动态辨识方案,分析了不同机动飞行方式下星敏感器安装误差角的可观测度。仿真结果表明,所设计的基于卡尔曼滤波的动态辨识方法能够在飞行器机动过程中快速地对星敏感器安装误差角进行在线标定,对安装误差角的标定值可以达到实际误差值的85%以上,有效地提高了组合导航系统的精度。