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).     

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。     

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。     

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)。     

惯性平台系统石英加速度计温度建模补偿技术

惯性平台系统中的石英加速度计输出随温度变化显著,其温度漂移特性会影响惯性平台系统自对准的精度水平.为实现惯性平台系统在内部温度场变化时的快速高精度自对准,开展了惯性平台系统石英加速度计温度建模补偿技术研究.惯性平台系统上电后内部温度场变化显著,而石英加速度计作为关键惯性仪表,其温度漂移直接影响惯性平台系统的自对准精度.针对石英加速度计温度漂移特性进行温度建模补偿,通过多项式样条函数回归方法辨识出石英加速度计温度模型参数,温度补偿后在惯性平台通电升温过程中进行自对准验证.验证结果表明,对惯性平台系统石英加速度计进行温度建模补偿,可以满足惯性平台系统在最短通电时间内完成高精度自对准的使用要求.     

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。     

基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估

风洞实验对模型的水平姿态实时动态测量精度的要求不断提高,微小型飞行器模型、高精度的激光陀螺、光纤陀螺惯性测量单元往往在体积、质量方面受到限制,而单一的MEMS系统在水平姿态测量精度方面通常难以达到要求。采用高精度石英挠性加速度计替代MEMS加速度计,与MEMS陀螺进行组合测量。针对加速度计I/F转换脉冲量化及陀螺漂移对动态测量精度的影响,提出了一种基于速度观测Kalman滤波的水平姿态动态测量算法,以提高风洞实验中模型水平姿态的测量精度。提出了在三轴飞行模拟转台上,利用高精度激光陀螺捷联惯导系统的测量结果作为基准进行动态精度评估的方法,解决了安装误差、时间同步等因素对评估精度的影响。通过与其他几种惯性水平姿态测量方法进行精度对比,验证了该算法的技术优势。     

基于惯性系的光纤寻北仪双位置寻北算法

由低精度光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)组成的寻北仪具有结构简单、成本低的优点,但易受地磁和车上复杂外部环境的影响.针对低精度FOG存在地磁零位,寻北仪对外部晃动敏感的缺陷,通过对陀螺进行地磁零位补偿保证陀螺零偏稳定性,在此基础上提出了基于惯性系的双位置寻北算法.算法分别在两个对位进行惯性系寻北,利用双位置对消原理获得不受陀螺固定零偏影响的方位角并完成水平陀螺固定零偏的估计.实验结果表明,陀螺零偏稳定性0.15(°)/h,加速度计零偏稳定性150μg的惯性器件精度下,车上寻北误差1倍标准差小于4.5mil、极差小于10mil、对准时间小于5min.与传统双位置算法相比,所提算法在晃动基座条件下具有对准精度高,环境适应性强的优点.     

舰载武器捷联惯导速度匹配传递对准技术研究

速度匹配传递对准受船体变形影响小,对准精度高,是舰载武器常用的传递对准方法之一。模拟实船情况,对速度匹配传递对准性能进行了深入仿真研究。研究结果表明：（1）速度匹配传递对准不易受船体变形影响。（2）舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能。舰船在匀速直航状态下,水平姿态角对准精度能达到0.4＇,方位姿态角对准精度2′左右。等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,等效东向陀螺漂移和加速度计零偏无法估计。舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,等效东向陀螺漂移和加速度计零偏能够估计出来,估计精度达90%以上。（3）基准信息阶跃变化会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

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。     

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。     

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）。     

基于滑动滤波技术的激光陀螺评价方法

激光陀螺是一种以量化脉冲的形式输出角增量的数字传感器，量化误差如同白噪声一样影响着激光陀螺的测试精度。为了准确评价激光陀螺的性能，减少量化误差对激光陀螺测试数据的影响，本文应用滑动滤波技术对激光陀螺采样数据进行滤波处理，理论分析及实验结果表明，该方法有效地降低了量化噪声从而实现了对激光陀螺的准确评价。     

陀螺加速度计交叉二次项的线振动台测试方法

为了提高陀螺加速度计的标定精度,有必要对交叉二次项进行精确的标定。提出了一种陀螺加速度计交叉二次项在精密线振动台上的测试方法,通过分析陀螺加速度计的测试原理建立了包含交叉二次项的误差模型。利用分度头将陀螺加速度计翻滚到不同的位置,测量陀螺加速度计进动整周期的相关时间参数和输出数据。通过计算加速度计模型输出与平均角速率积分之间的关系,准确辨识出陀螺加速度计误差模型中的各误差项系数。该方法可以有效抑制陀螺加速度计的输出误差,提高标定的精度。最后通过仿真分析,验证了该方法可以准确辨识出陀螺加速度计的二次项、交叉二次项等高阶误差项系数,辨识精度达到了10~(-7),进一步提高了陀螺加速度计在线振动台上的标定精度。     

恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统半实物仿真

提出一种恒速偏频/机抖激光陀螺惯导系统方案。用一个不随偏频机构旋转 的机抖激光陀螺,改善恒速偏频激光陀螺惯导系统在偏频旋转轴方向的载体角速度测量 精度。给出了偏频旋转轴方向等效陀螺采样值的计算方法和关键结构参数标校方法;分 析了纯惯导的系统误差特性,在初始对准卡尔曼滤波模型中,增加了偏频旋转轴方向的 陀螺漂移以及耦合偏差造成的等效北向陀螺漂移作为误差状态。恒速偏频/机抖激光陀 螺惯导系统的半实物仿真实验结果表明：在静基座条件下,初始对准10min 后,方位角收 敛到10″ （1σ） 内; 初始对准20min 后, 纯惯导4h, 北向和东向位置误差最大值均小于 200m。     

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。     

稳定平台中陀螺漂移自适应实时估计算法

 针对陀螺稳定平台的漂移问题,建立了陀螺稳定跟踪装置在不同工作模式下陀螺漂移的数学模型,指出稳定模式下包含常值漂移和相关漂移的陀螺低频噪声是影响稳定精度的主要原因。提出一种自适应实时估计算法,采用卡尔曼滤波框架和滤波器收敛判据,结合Sage-Husa滤波和加权Sage-Husa滤波算法,利用跟踪器跟踪静止目标时输出的脱靶量信号对陀螺常值漂移和相关漂移进行估计。实验结果表明:该算法能够在系统模型和噪声特性均不准确的情况下使用,收敛时间小于3 s,估计均方差小于0.02 (°)/s,具有良好的鲁棒性和自适应能力。     

初始方位信息辅助下潜航器快速传递对准算法

针对多潜航器连续快速布放需求,提出基于初始方位信息辅助下快速传递对准算法.潜航器惯导系统只在对准初始时刻由移动基准惯导提供准确的方位信息和概略的水平姿态信息,布放入水后以初始时刻水平姿态误差和当前速度误差为滤波状态,以水下多普勒测速仪的速度为观测量,通过卡尔曼滤波进行惯性系下的航行中对准.实验验证以优于0.01(°)/h的激光陀螺惯导系统/卫星组合导航的姿态解算值为参考基准,基于实际数据的仿真计算表明,在50s内即可实现快速对准,方位精度达到1密位(1σ).     

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.     

某型号激光陀螺温度补偿技术的应用研究

温度是影响激光陀螺输出漂移的主要因素之一.在高精度的激光捷联惯导系统中,建立激光陀螺的温度误差模型具有十分重要的意义.在大量实验的基础上,研究了激光陀螺在不同环境温度下的漂移特性,提出了一种将静态温度模型与动态温度模型分开建模的方法.环境适应性实验验证该方法建立的温度补偿模型对于缓变温度环境与快速温变环境均适用.最后通过实际导航实验验证了该模型具有工程实用性.