多传感器微惯性测量单元标定技术研究

基于设计生产的一款每个敏感轴集合两种类型MEMS陀螺仪和加速度计的微惯性测量单元(MIMU),提出了一种MIMU精确标定测试方法。该方法以MIMU整体为标定对象,考虑了温度对零偏、标度因数的影响、传感器轴间不完全正交误差及结构安装误差等因素,对MIMU中各惯性传感器的初始零偏、标度因数、交叉耦合系数等参数进行了标定。产品标定测试结果证实了该方法的有效性。     

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。     

基于组合导航技术的光纤捷联系统在线标定

 将光纤捷联系统惯性测量单元（IMU）输出误差分解成零偏误差、标度因数误差、失准角误差和随机白噪声几个部分，建立了系统误差模型，基于此模型设计卡尔曼滤波器引入高精度外部信息源对IMU进行在线标定。将此方法应用于某光纤捷联系统进行跑车试验，结果表明：引入外部信息源进行在线标定与补偿后系统纯惯导精度显著提高，本文建立的系统误差模型和在线估计方式有效估计了IMU输出误差，实现了系统在线标定，提高了系统实用精度。     

基于位置观测量的光纤陀螺惯导系泊条件自标定方法

当舰船处于系泊状态时,海浪等外界干扰因素会给舰载高精度惯导系统的标定带来误差.为降低动态环境对标定的影响,实现惯导系统的船上自标定,设计了一种系泊条件下基于导航方式的系统级八位置自标定方法.利用光纤陀螺惯导台体处于惯性空间稳定状态下的位置导航误差作为观测量,采用最小二乘方法,可在45min内估计出加速度计零偏、标度因数、安装误差、标度不对称误差、陀螺零次项和基座初始对准误差角共18项误差系数,并采用Monte Carlo仿真方法分析了不同系泊环境条件对自标定精度的影响.仿真结果反映了标定方法对海态晃动条件的适用范围,对工程应用具有参考价值.     

加速度计全量程标度因数不对称性标定算法研究

全量程标度因数不对称性是高精度石英挠性加速度计的一项重要指标,其大小对于惯导系统的导航精度具有非常大的影响。在加速度计精密离心机测试中,由离心加载引起的各种误差是进行加速度计标定的主要影响因素,论文给出了适用于精密离心机测试的加速度计输出模型与数据求解方法。为提高标定精度,以标度因数测试误差作为衡量指标,对输入数据进行迭代与修正;对修正后的测试数据进行三阶拟合,计算正向与负向标度因数,从而得到全量程标度因数不对称性。经试验验证,测试数据修正后可将标度因数误差从10-4降低至10-9,标度因数不对称性水平从10-4提高至10-5。     

加速度计全量程标度因数不对称性标定算法研究

全量程标度因数不对称性是高精度石英挠性加速度计的一项重要指标,其大小对于惯导系统的导航精度具有非常大的影响。在加速度计精密离心机测试中,由离心加载引起的各种误差是进行加速度计标定的主要影响因素,论文给出了适用于精密离心机测试的加速度计输出模型与数据求解方法。为提高标定精度,以标度因数测试误差作为衡量指标,对输入数据进行迭代与修正;对修正后的测试数据进行三阶拟合,计算正向与负向标度因数,从而得到全量程标度因数不对称性。经试验验证,测试数据修正后可将标度因数误差从10-4降低至10~(-9),标度因数不对称性水平从10~(-4)提高至10~(-5)。     

基于陀螺系的速率偏频惯性测量组合标定方法

激光陀螺速率偏频技术既解决了激光陀螺锁区的问题，避免了机抖偏频频繁过死区而产生的随机游走等误差，同时结合了旋转调制技术积分平均对消惯性器件常值零偏的优点。在工程实际中发现，由于速率偏频系统独有的倾斜安装方式，常规标定方案无法实现对激光陀螺标度因数的精确标定。提出了一种新的基于陀螺系的标定方法，相比于常用的以加速度计敏感轴为基准的标定方法，激光陀螺敏感轴具有相对较低的温度敏感性，既能够提高长时间工作条件下空间姿态基准的稳定性，又能保证激光陀螺安装角和标度因数的逐次标定精度。最后，通过试验数据分析简单阐明了常规标定方法存在的问题，利用7个月内的4次标定试验验证了所提出的标定方法的有效性。结果表明，激光陀螺安装角标定重复性优于4.3″，标定因数重复性优于4×10-6。     

一种基于模观测法的离心机加速度计组合标定方法研究

为了实现惯性组合中加速度计误差模型系数的整体标定,提高惯性导航系统的导航精度,应用模观测法重点实现了对加速度计二次项系数的标定.应用Tylor级数对加速度模型的解进行多项式展开,利用最小二乘法求得含误差模型系数的中间变量,并给出了加速度计的二次项系数、标度因数以及零偏的计算公式.设计了20位置法对加速度计组合进行标定,通过仿真验证了该方法的有效性,并分析了安装误差角和杆臂误差对系数标定精度的影响.结果 表明,安装误差角与杆臂误差对系数标定的影响小于10-8,在实际标定过程中可以忽略.     

舰载捷联惯导系统的航行中快速在线标定

为实现舰载捷联惯导系统在航行中被快速标定的新需求，提出了一种捷联惯导系统在航行中快速在线标定的方法。首先，建立了简化的陀螺和加速度计输出误差方程，从而对Kalman滤波模型实现了降维。该模型以陀螺和加速度计零偏、标度因数误差等15个误差量为状态量，以速度误差和位置误差为量测量。设计了一种标定路径，该标定路径可由惯导系统中的双轴旋转机构实现。仿真结果表明，该方法能够在1800s内快速、准确地估计出15个误差量，具有工程实践价值。     

捷联惯导与里程计组合导航系统标定方法研究

捷联惯导/里程计组合导航系统中,里程计的刻度系数和相对惯组的安装误差角的标定是影响组合导航精度的关键因素.根据工程应用情况,提出经典标定方法和卡尔曼滤波标定方法,并对两种方法进行比较.在标定出刻度系数和安装误差角后,将该数据装订到惯组中进行车载试验验证,将里程计解算的速度和位置与GPS实测值进行比较.试验结果表明:跑车...     

一种激光多普勒测速仪辅助捷联惯导在线标定方法

针对惯组长期贮存过程中陀螺和加速度计零偏漂移的问题, 提出了一种利 用激光多普勒测速仪辅助捷联惯导的在线标定方案。给出了包括激光多普勒测速仪安装 误差角和惯组安装误差角的航位推算误差方程。基于航位推算误差方程建立了闭环卡尔 曼滤波器,对惯组零偏误差、激光多普勒测速仪安装误差角和惯组方位安装误差角进行 在线标定。仿真结果表明,加速后激光多普勒测速仪安装误差角和惯组方位安装误差角 得到估计;方位角改变后惯组零偏误差也得到估计。该方法允许跑车前不用综合标定, 直接装订前一次的安装角参数,缩短了准备时间。     

正六面体工装误差对光纤惯组加速度计零偏标定精度影响分析

研究了利用大理石平板正六面体工装对光纤惯组进行标定时,工装误差对标定精度的影响。首先建立了标定模型,设计了12位置法的标定方案与解算方法,其次分析了工装误差对标定影响的量化关系,并提出减小误差的标定解算方法,最后对理论分析结果进行仿真验证。仿真结果表明,当长宽高为400mm的工装平面度、垂直度、平行度误差均为0.04时,加速度计零偏的标定误差达到0.0001g,与工装误差角大小量级相当。用12位置二向法解算零偏可减小该误差影响。     

Installation error calibration for MEMS angular measurement system in hypersonic wind tunnel

The accuracy of model attitude measurement has an important impact on wind tunnel test results. Microelectromechanical System Inertial Measurement Unit (MEMS IMU) provides a feasible way to measure model attitudes with high accuracy. However, the installation error between MEMS IMU coordinate system and the body coordinate system of test models can make the accuracy of the model attitude measurement decrease. In wind tunnel tests, the installation error depends on the relationship between the IMU and the model mechanism before tests. Therefore, in-field calibration in wind tunnel tests is necessary to reduce installation errors. To improve attitude measurement accuracy, the least squares quaternion calibration method based on MEMS IMU and six-position calibration procedure are proposed. High-precision three-axis turntable tests are performed. The pitch accuracy after calibration is higher than that before calibration in the angle of attack sweeping tests. The Root-Mean-Square Errors (RMSE) in the roll and yaw are within 0.01°, which are smaller than those before calibration. In the roll sweeping tests, RMSE of three attitude angles decrease significantly. In hypersonic wind tunnel tests, the pitch errors before and after calibration are within 0.05° and 0.02° in the angle of attack sweeping tests without wind. In five angle of attack sweeping tests with wind, the deviation between the mean of the pitch and the pitch after the elastic angle correction is within 0.03° and the standard deviation of five tests is within 0.01°. The proposed method is confirmed to enhance the accuracy of attitude measurement effectively, which is convenient for engineering applications.     

一种改进的IMU加表标定模型及快速标定方法

针对MEMS产品工程应用的需求，提出了一种改进的IMU加表标定模型，更清晰地分离出与安装误差有关的投影关系阵以及与器件误差有关的刻度转化阵。并且，在此模型的基础上给出了不需转台的快速标定方法。投影关系阵不变，该方法减少了观测量，只需6位置来估计加速度计的零位和标度因数，同时进行了现场误差补偿。     

双轴旋转惯导系统轴系间安装偏差角的标校方法

双轴旋转调制技术作为一种惯导系统误差自动补偿技术,在长航时高精度导航领域得到广泛应用。然而,由于惯测单元相对载体的旋转运动,无法直接表征载体真实的航姿信息,需要进行相应的调制解调;影响解调精度的主要是惯测单元测量轴与内环轴、内环轴与外环轴的安装偏差角的标定精度,针对此问题,提出了一种轴系间安装偏差角的标校方法。经验证,该方法具有很高的标定精度,解调所得航姿信息能够准确表征载体的真实航姿,具有很高的工程应用价值。     

基于最大似然估计法的加速度计误差参数标定方法

为降低捷联惯导系统误差参数标定过程对高精度转台的要求,提出一种基于最大似然估计的模观测标定方法。在考虑噪声影响的情况下建立加速度计的误差参数模型,运用最大似然估计法对误差参数进行标定计算,并将标定结果的精度与所考虑参数模型的克拉美限相比较。结果表明,与传统标定方法相比,该方法标定精度相当,降低了对标定转台的要求,减少了标定时间,有较高的工程应用价值。     

高分影像辅助下的航空高光谱严密几何检校方法

 惯性测量单元(IMU)与传感器视准轴的偏心角和偏心矢量是造成航空线阵列高光谱数据几何校正误差的主要原因之一。在分析偏心角与偏心矢量误差来源之后提出该误差由IMU主轴与传感器主轴的角度偏差、测区固定偏差、GPS中心与传感器投影中心相对偏差组成,在此基础上建立了较为严密的检校模型。针对模型解算时需要大量高精度控制点的问题,提出了一种高分影像辅助下的亚像元精度控制点自动提取方法。通过多地区、多传感器高光谱航测实验表明,亚像元精度控制点能有效提高模型解算精度。新检校模型可获得亚像元校正精度,推扫式传感器——应用型机载成像光谱仪(AISA)建模中误差约为0.39个像元,摆扫式传感器——实用型模块化成像光谱仪(OMIS)建模中误差约为0.23个像元,校正后的影像可直接进行拼接。     

Strapdown inertial measurement units for motion compensation forsynthetic aperture radars

It is shown that synthetic-aperture radar (SAR) motion can be compensated by using an antenna-mounted strapdown inertial measurement unit (IMU) as the motion sensing system, but sensor and system errors affect SAR image quality. A strapdown IMU consists of three accelerator channels and three gyro channels. Strapdown IMU errors include gyro-scale and accelerometer-scale factor and bias errors, velocity error, platform tilt, and errors induced by limited inertial sensor bandwidth. The effects of these errors on the SAR image quality are presented in terms of the SAR impulse response. IMU errors that cause low-frequency phase errors (less than one cycle per array time) are categorized in terms of quadratic and cubic phase errors. IMU errors that cause high-frequency phase errors (greater than one cycle per array time) are categorized in terms of the integrated sidelobe ratio and peak sidelobe ratio. A motion compensation system conceptualization is described wherein a strapdown IMU is attached to an antenna and transfer-aligns to the aircraft's master navigator