基于DKF的IMU误差预测算法

作为导航领域常用的组合导航方式,全球导航卫星系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)组合导航在GNSS信号失锁后,由于惯性测量单元(IMU)误差随时间迅速积累,其定位结果会偏离载体真实位置,导航精度下降.针对此问题,提出了一种长短期记忆网络(LSTM)辅助的算法,称之为深度卡尔曼滤波(DKF)算法.DKF算法的核心思想是使用LSTM训练IMU误差模型,然后通过训练出的模型预测IMU误差,最后将预测的IMU误差代入IMU数据以校正导航结果.仿真结果表明:在200s测试数据上,DKF算法将误差从1.1537m/s降低到0.3746m/s.与平均预测、卡尔曼预测和最小二乘估计等方法相比,DKF算法的误差最小,具有更优越的导航性能.     

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LSTM神经网络的机载光纤陀螺温度冲击误差补偿技术

环境温度冲击会降低机载光纤陀螺的性能,从而影响飞行器导航和姿态控制精度。在光纤陀螺误差机理研究基础上,本文提出一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络的光纤陀螺温度误差补偿模型。该模型通过LSTM网络对光纤陀螺的零偏和标度因数进行实时预测和校正,提高光纤陀螺的测量精度。试验结果表明,在温度冲击下,LSTM预测模型补偿后的标度因数误差小于30ppm,零偏稳定性比常规的线性拟合补偿模型提高0.0034（°）/h。这意味着输出更准确地反映实际角速度值,陀螺仪的零偏漂移更小,输出更接近于零值。动态试验中转台输入为20（°）/s时,LSTM补偿后陀螺输出稳定在19.999～20.001（°）/s区间内,相较于陀螺原始输出误差降低0.008（°）/s。通过LSTM预测模型补偿,能够在环境变化、外部扰动或传感器故障时,通过陀螺仪提供更可靠的数据支持,维持飞行器的稳定性和安全性。     

改进的格网惯导系统无阻尼综合校正方法

综合校正技术可作为抑制格网惯导系统（INS）导航误差的有效手段。加速度计零偏所造成的水平姿态误差是导致综合校正中陀螺漂移估计精度受限的重要因素。针对这一问题，提出了一种改进的无阻尼综合校正方法。首先，推导了格网坐标系框架下估计加速度计零偏和姿态的目标函数；其次，介绍了无阻尼条件下综合校正的两个核心方程；最后设计了无阻尼两点校策略。综合校正前，在多普勒计程仪（DVL）提供的速度辅助下完成加速度计零偏的估计和补偿，以此消除加速度计零偏所造成的水平姿态误差对综合校正中陀螺漂移估计精度的影响。在两次间断的外部位置和航向辅助下通过所设计的综合校正策略完成对陀螺漂移的估计。校正策略中所涉及的水平姿态误差在DVL辅助下由参数估计方法估计得到。仿真及实验结果表明：与现有的研究相比，所设计的综合校正方案进一步减少了DVL的辅助时间，同时由于准确地估计和补偿了加速度计零偏，陀螺漂移的估计精度显著提高，该方案在抑制导航误差方面具备更明显的优势。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

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。     

转速平稳性对速率偏频激光IMU影响研究

转位机构转动速率平稳性是影响速率偏频激光IMU初始对准精度的重要因素。从速率偏频激光IMU的工作原理和结构特点出发，理论分析了转位机构转动速率平稳性和初始对准航向角精度的关系，初始对准航向角误差和转位机构的转速相对误差呈三角函数关系，和转位机构的转速呈反比，转位机构的转速越大，转速不平稳导致的影响越小。提出了高精度速率偏频激光IMU的转速平稳性要求：要达到高精度的初始对准航向角，转位机构的转速相对误差需要控制在0.005以内，转速控制在18(°)/s以上。通过仿真分析和速率偏频激光IMU进行了试验验证，结果表明同等情况下，满足转速平稳性要求的速率偏频激光IMU的初始对准航向角误差带相对于不满足要求的减少了10"，这对进一步提高速率偏频激光IMU的初始对准精度具有重要的理论和工程实践意义。     

基于MEMS陀螺的低成本捷联惯导系统设计

介绍了一种基于MEMS陀螺和石英挠性加速度计的低成本捷联惯性导航系统的设计与实现方法。给出了惯性测量单元(IMU)的模型方程,并在全温下对IMU的输出进行补偿;采用"四元数"法进行姿态计算,通过坐标变换、积分运算确定载体的速度、位置;对惯测样机进行了60 s的静态测试,结果表明该系统短期准确度满足SINS/GPS组合导航系统需求。     

一种面向即插即用车载GNSS/INS/ODO系统的时空在线标定方法

车载轮速里程计(ODO)辅助卫星/惯性(GNSS/INS)组合导航时需要先进行惯性传感器 (IMU)与ODO 的空间对齐,而传统GNSS辅助IMU/ODO 参数在线标定时未考虑GNSS时延与 ODO 时延对标定的影响,这对于无法实现硬件时间同步而需要即插即用的车载导航应用而言,考 虑不够全面。因此,提出了一种面向即插即用车载GNSS/INS/ODO 系统的时空在线标定方法。 该方法在传统GNSS辅助IMU/ODO 参数估计模型的基础上,增广了GNSS与ODO 的时延误 差,分析了两种时延对IMU/ODO 参数在线标定的影响,推导并构建了完整的GNSS与ODO 观 测模型,采用卡尔曼滤波器对GNSS时延、ODO 时延以及IMU 与ODO 之间的参数进行估计。实 际测试结果表明,该方法可以有效提高IMU/ODO 在线标定的精度。     

气密封装对光纤陀螺零偏误差和长期可靠性的影响

当前的应用领域对干涉型光纤陀螺(Interferometric Fiber Optic Gyroscope,IFOG,简称光纤陀螺)提出了较高的要求,如运载、航天领域要求光纤陀螺在变气压环境下精度不恶化,服役期限和存储环境要求光纤陀螺在高湿环境下可靠性高及性能稳定.而光纤对应力、水汽敏感,开放式光路结构的光纤陀螺在上述环境中性能不满足要求.通过分析气压变化对光纤陀螺零偏误差的影响以及水汽介质对光纤陀螺使用寿命、长期精度的影响,提出了对光纤陀螺光路进行气密性封装的方法.对两只气密性封装的光纤陀螺进行测试,气密性封装结构漏气率优于4×10-10Pa·m3/s,内部水汽含量低于5×10-6;两只光纤陀螺气密性封装后,在-40℃～60℃的温度范围内,零偏峰峰值降低了32.5％和31.0％,零偏稳定性误差降低了26.9％和22.2％;在变气压环境下,零偏峰峰值降低了95.3％和96.3％,零偏稳定性误差降低了96.2％和95.4％.测试结果表明,气密性封装能够显著提高光纤陀螺的精度和长期可靠性.     

机抖激光陀螺捷联系统动力学建模及结构动特性设计方法

机抖激光陀螺捷联系统普遍采用抖频偏频技术消除闭锁效应的影响,这使得激光惯导成为自带激励源的动力学系统,动力学系统结构参数的设计将影响陀螺抖动效率和陀螺测量精度。在陀螺抖动驱动力条件下,建立了包含激光惯导箱体、惯性测量本体、陀螺、减振器、抖轮在内的较为完整的动力学模型,给出了该模型的解答过程和Matlab仿真计算结果,讨论了不同结构参数对抖动效率及惯导精度的影响规律,并在此基础上提出了激光惯导结构基于动特性设计的原则和方法。经验证,该方法能够有效指导结构转动惯量等参数设计,提高了设计质量,有效避免了激光惯导由结构设计不足而导致的动力学问题。     

MEMS惯测技术在管道测绘系统中的应用

针对小口径管道的测绘问题,提出了一种MEMS惯测装置在小管道测绘系统中应用的方法,直接利用地标点信息为MEMS惯测装置装订初始方位,采用因子图理论对惯性/里程计组合导航信息进行处理,通过后续处理对装订误差进行修正,解决了MEMS惯测装置无法完成初始对准的问题。给出了惯性/里程计组合导航的因子图以及和积算法递推公式,并通过牵引试验对所提方法进行了验证。试验结果表明,提出的应用方法能够有效解决小口径管道的测绘问题,在100m间隔的路标点条件下,单边定位精度能够达到5cm。     

基于改进容积卡尔曼滤波的惯性/光流组合自主测速方法

针对容积卡尔曼滤波算法在惯性/光流组合测速数据融合时出现由于各系统输出数据频率不一致导致融合精度有限的问题,提出了一种基于多速率残差校正的改进容积卡尔曼滤波算法.通过当前时刻误差估算组合导航系统残差,再使用估算后的残差对速度估计值进行补偿,最终实现惯性/光流组合系统速度测量值的数据融合.实验结果表明,通过提出的改进容积卡尔曼滤波对惯性/光流数据进行融合后,东向速度均方根误差为0.2964m/s,北向速度均方根误差为0.06m/s,与现有其他卡尔曼滤波算法相比,此方法可显著提高惯性/光流组合系统的速度测量精度.     

INS/GNSS组合导航系统空中快速对准方法

针对机载惯性/全球导航卫星系统(INS/GNSS)组合导航系统地面静基座对准时间较长、航向对准精度较低以及惯导空中故障重启后无法快速得到精确姿态信息重新进入导航状态等问题,提出一种快速初始对准方法。该对准方法基于惯性导航比力方程,利用GNSS的定位、测速信息与惯性测量组件(IMU)的输出信息解算载体姿态信息,并结合遗传-牛顿算法与求和自回归滑动平均(ARIMA)模型卡尔曼滤波信号降噪技术提高姿态信息的解算精度。基于实测飞行数据的解算验证了该方法的有效性、对准精度以及在实际工程应用中的优越性。     

惯性+星光折射定位组合导航技术研究

由于现有惯性器件精度水平有限,纯惯性导航误差较大,因此需要采用组合导航的方式来提高导航精度。目前,全自主组合导航方式中传统的惯性+星光定姿组合导航方法只能实现定姿,不能实现定位,无法修正加速度表测量误差引起的惯性导航误差,故在精度上可提升空间有限。为此,提出了一种惯性+星光折射定位组合导航方法,重点从星光折射定位原理、大气折射模型、非线性滤波和选星策略几个方面进行论证及分析。通过理论分析与数学仿真相结合的手段,验证了星光折射定位原理的正确性及工程可行性,可将自主导航精度提升至100m,从而为进一步提高自主导航精度提供了一种技术途径。     

平流层飞艇升降阶段BPNN惯性导航算法

软式平流层飞艇艇体在上升和下降时经常呈堆叠状态，GPS信号会被艇体间歇性遮挡，因而只能采用惯性导航。为保证在飞艇上升和下降过程中，INS/GPS组合导航系统在被艇体遮挡GPS时仍能够提供满足精度要求的导航信息，设计了一种改进的反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN）惯性导航算法。采用神经网络，根据惯性导航系统在1s内的速度均值和姿态变化量，预估其在1s末的位置误差和速度误差，并对惯性导航结果进行修正。仿真实验和跑车试验结果表明，在GPS失效的30s内，新算法使得位置误差低于15m，速度误差低于0.7m/s，误差相比纯惯性导航降低了85%。     

High accuracy navigation and landing system using GPS/IMU systemintegration

In this paper, the accuracy, integrity and continuity of function requirements for automatic landing systems using satellite navigation systems are discussed. Such a landing system is the integrated navigation and landing system (INLS) developed by Deutsche Aerospace (DASA/Ulm, Germany). The system concepts of the INLS are presented. It is shown how an INLS, based on system integration of a satellite navigation system (e.g., GPS) in realtime differential mode with an inertial measurement unit (IMU) in the accuracy class of an attitude and heading reference system (AHRS), can meet the requirements: the results given are mainly devoted to the accuracy issues. Using Kalman filter techniques, an in-flight calibration of the IMU is performed. The advantage of system integration, especially in dynamic flight conditions and during phases of flight with satellite masking, is explained. The accuracy, integrity and continuity of function of the INLS were proven by means of flight tests in a commuter aircraft using a laser tracker as a reference. These flight tests have shown that the short-term accuracy (<60 seconds) of the AHRS used within the INLS has been improved from low cost sensor quality to the accuracy of a high quality laser inertial navigation system (LNIS). With the presented INLS, a landing at any airfield, not equipped with conventional Instrument Landing System (ILS) or Microwave Landing System (MLS), is possible by using a very cost effective system. The INLS is a high accuracy navigation and landing system designed to be used instead of conventional landing systems at small airfields and to fill operational gaps of conventional navigation and landing systems in cruise and approach on large airports     

激光陀螺惯性导航系统旋转技术综述

旋转技术能够有效调制激光陀螺和加速度计的误差,提高惯性导航系统的精度。首先基于惯性测量单元的误差模型,分析了旋转技术的基本原理。然后对旋转技术的旋转方案、最优转动速率、旋转机构误差对系统精度的影响、载体角运动对旋转效果的影响、采用旋转技术的惯导解算、采用旋转技术的初始对准与测漂等进行了综述,探讨了我国研究旋转技术的重点研究方向,为开展我国旋转式光学陀螺惯导系统的研究提供了一定参考。