航海光纤陀螺捷联惯导系统快速对准技术研究

针对中小型水面舰船对航海惯导系统快速对准的实际需求,结合光纤陀螺的误差特性,提出一种针对航海光纤陀螺捷联惯导系统的快速对准方法。该方法充分考虑光纤陀螺启动特性对惯导系统对准精度的影响,在对准过程中保存光纤陀螺输出平稳后的数据,并利用基于正反向联合导航和滤波的方法,重复利用输出平稳后的数据,缩短对准时间,提高系统对准精度。经过实际的舰载试验验证表明,采取该方法后,所研制的航海光纤陀螺捷联惯导系统在对准时间20min条件下的导航精度相当于传统方法对准时间1h条件下的导航精度,显示了本方法的正确性和有效性,为航海光纤陀螺捷联惯导系统的进一步工程应用提供了有力支撑。     

严格逆向过程的捷联惯导快速回溯对准

回溯对准是利用高性能计算机反复进行正向和逆向导航解算来实现惯导系统的初始对准。对捷联惯导系统回溯参数辨识对准技术进行了研究,首次将严格逆向过程用在常规回溯对准中,其逆向过程不采用常规的近似解算,而是严格由正向过程的终点递推至起点,这可有效缩短惯导姿态失准角的估计时间,从而可相应提高捷联惯导在相同对准精度下的对准速度。最后,利用光纤陀螺捷联惯导系统进行了离线对准试验。结果表明,该对准方法的对准时间比常规回溯对准法缩短了1/3以上,证明了该对准方法的正确性、可行性。     

光纤陀螺SINS大失准角下快速初始对准技术

针对光纤陀螺(FOG)捷联惯导系统(SINS)初始对准过程中存在大姿态失准角的情况,本文建立了基于欧拉平台误差角的SINS非线性误差模型,给出了一种简化的UKF滤波方法并将其运用到光纤陀螺SINS初始对准中,在静基座大方位失准角条件下,分别采用传统闭环卡尔曼滤波和闭环UKF非线性滤波方法进行初始对准仿真研究,结果表明在对准精度要求相同时,后者在对准速度方面具有明显优势。     

主惯导速度误差短周期波动对子惯导传递对准影响分析

随着激光陀螺技术的发展,旋转调制式激光陀螺惯性导航系统逐渐成为舰载主惯导系统,舰载机、舰载武器系统需要旋转调制式激光惯导系统提供的姿态、速度和位置信息进行对准,即主子惯导的传递对准。由于旋转调制式系统中的姿态、速度和位置具有随旋转的短周期波动问题,势必会影响对准时间较短的子惯导对准精度。为了保证传递对准的快速性,一般采用速度匹配方法。定量分析了主子惯导传递对准过程中主惯导速度误差短周期波动对子惯导系统对准精度的影响,首先进行了数字仿真,之后利用双轴激光陀螺惯导、纯捷联光纤陀螺惯导数据进行了半实物仿真,验证了主惯导速度误差的一次项系数与子惯导初始对准水平姿态误差呈线性关系,二次项系数与子惯导初始对准航向误差呈线性关系。     

舰载光纤陀螺捷联惯导系统传递对准技术研究

本文提出了基于中高精度光纤陀螺捷联惯性导航系统传递对准设计方案,以"速度"+"姿态"为量测量,建立了卡尔曼滤波器误差模型和系统观测模型,完成了传递对准算法设计.通过仿真和船载动态试验,验证了传递对准方案可行性;船载试验结果表明光纤陀螺捷联惯导系统传递对准精度较高,技术指标满足工程应用要求.     

光纤陀螺噪声对惯导系统精度影响的小波分析

针对当前典型光纤陀螺捷联惯导系统,研究了低动态条件下光纤陀螺输出信号的噪声特性,运用小波多尺度变换方法进行了噪声各频段分量对导航精度影响的深入研究及仿真分析,然后采用小波阈值去噪方法进行了实测数据滤波的有效性验证。结果表明,光纤陀螺噪声的低频段部分是影响导航定位误差的主要因素,而对陀螺高频段噪声的滤波措施对导航精度影响甚微。     

小波滤波在光纤惯导抗干扰初始对准中的应用

针对光纤陀螺捷联惯性导航系统在晃动基座条件下传感器的输出噪声增大,导致对准结果收敛过程振荡剧烈、对准时间长、对准精度低的问题,提出了一种小波实时预滤波方法,确定了最优的小波基和分解级数,采用滑动数据窗、对称周期拓展和软阈值函数处理相结合的方案实现对惯性仪表的实时降噪。实验证明,该小波预滤波方法可以有效抑制惯性仪表输出信号的高频噪声。在晃动基座条件下,航向角大约在精对准50s后收敛,其1σ值为2.77′,且与预滤波前相比,姿态角收敛过程更加平缓。     

惯导系统传递对准技术研究及海试验证

设计了抖动偏频激光陀螺捷联惯导系统的动基座传递对准方案,并进行了仿真计算及海上试验验证。激光陀螺捷联惯导系统采用该传递对准方案在试验船上完成了数十次海上传递对准试验,结果表明,该传递对准方案具有如下优点:在传递对准过程中,不专门要求载体作加速或S型机动运动;抗载体扰动运动的能力强;对准精度高。     

光纤惯导系统连续旋转对准技术研究

初始对准是惯性导航的关键技术之一,对准结果会直接影响系统的导航精度.针对光纤陀螺惯导系统,缩短对准时间、提高系统对准精度等技术难点,开展了高精度光纤惯导系统连续旋转对准技术研究,深入分析了常值陀螺漂移、随时间变化的陀螺漂移、陀螺标度因数常值误差、陀螺标度因数不对称误差、陀螺安装误差、陀螺随机游走等误差项对系统对准精度的影响,对比了现有旋转方案的优点与不足,提出了一种改进的单轴二位置旋转方案.试验结果表明,在采用该旋转方案的情况下,对准时间8min方位角对准精度可达到30"(1σ),具有重要的工程应用价值.     

空射制导武器捷联惯导系统传递对准技术研究

研究了基于"速度+方位角"匹配的弹载捷联惯导系统的传递对准问题。首先介绍了方位角测量偏置产生的原因,以及与方位失准角的关系。推导了主、子惯导方位失准角的计算方法,并对方位失准角估计进行了仿真试验。在此基础上分析建立了传递对准卡尔曼滤波方程,并对弹载捷联惯导系统的传递对准进行了仿真。仿真结果表明,该"速度+方位角"匹配的捷联惯导系统精度控制在0.05°内,能够满足空射制导武器初始对准精度的要求。     

Fiber-optic gyros and quartz accelerometers for motion control

In article the opportunity of use strapdown inertial navigation system (SINS) on the base of fiber-optic gyroscopes and quartz accelerometers corrected from star sensors and satellite navigation equipment (SNE) for perspective interplanetary spacecrafts motion control on phases of interplanetary trajectory insertion, trajectory correction, and braking during transition to Mars orbit is investigated. Results of onboard control complex accuracy characteristics estimation are presented at the given dynamic spacecraft scheme which is taking into account the liquid oscillations in tanks and structure elements elasticity. At modelling the errors of measuring devices installation, errors of SINS initial alignment and instrumental errors of SINS sensitive elements, variation of control engines parameters were taken into account. The structure of the developed complex of imitation modelling of interplanetary spacecraft controlled motion is resulted. Estimations of active flight legs realization accuracy were received by a method of statistical modelling of spacecraft controlled motion     

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。     

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。     

光纤陀螺在宇航领域中的应用及发展趋势

光纤陀螺作为全固态惯性仪表,具有长寿命、高可靠和空间环境适应性好等显著优点,已广泛应用于国外各类宇航飞行器上。我国光纤陀螺的宇航应用起步于21世纪初,现已应用于导航卫星、通信卫星、遥感卫星、载人飞船、月球探测器等多种宇航飞行器上,对我国宇航飞行器性能的快速提升起到了重要的促进作用。主要介绍了国内外光纤陀螺宇航应用的情况,重点说明了目前几种主流光纤陀螺的技术方案,并对几种新型光纤陀螺(如光子晶体光纤陀螺)的宇航应用特点进行了分析。最后,从宇航应用的技术需求出发,指出了光纤陀螺宇航应用的几类关键技术和发展趋势。     

Pointing grade fiber optic gyroscope

Fiber optic gyroscopes (FOG) are solid-state rotation sensors that are appropriate for a wide variety of applications. In addition to becoming competitive with ring laser gyroscopes on new programs, FOGs are being manufactured to replace spinning wheel gyro technology in existing programs. The FOG brings with it the advantages of long life, high reliability, input axis stability, and low acceleration sensitivity. The AlliedSignal pointing grade fiber gyroscope was designed to replace a high-performance mechanical gyroscope currently made by AlliedSignal. Detailed passive thermal design, gyro assembly techniques, methods for rejecting light source intensity noise, and light source wavelength control are critical features that have been developed to produce a FOG with low noise, stable bias, and a stable and linear scale factor. Results of performance tests and error models indicate that these gyros have a capability for random walk of 0.0002 degrees/≠ hour and bias stability of 0.001 degrees/hour     

光纤陀螺标度因数及零偏温度误差补偿研究

首先分析了光纤陀螺产生温度误差的机理,在此基础上分别指出标度因数与零偏的误差补偿模型,提出了一种利用一组数据同时补偿标度因数及零偏的方法,直接表示输入与标度因数零偏补偿后的关系。最后通过实验验证了该方法不仅能够有效地补偿陀螺的温度误差,且其补偿精度优于原单独补偿的方法,同时该方法仅需一次温度实验,节省实验成本,具有较大的现实意义。     

固化胶粘剂对光纤环温度性能的影响研究

光纤环是光纤陀螺的核心部件,其温度性能直接影响光纤陀螺的精度.胶粘剂作为光纤环的重要组成成分,其选用是否得当决定了光纤环性能的优劣.首先理论分析了胶粘剂的性能对光纤环性能的影响,并选取了三种具有不同性能的胶粘剂作为光纤环用胶粘剂,对比分析了不同种类胶粘剂对光纤环温度性能的影响.结果表明选择具有模量适中、较低固化收缩率和足够粘接强度的胶粘剂,得到的光纤环具有更好的温度性能.