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）。     

高精度静电陀螺寻北仪

本文阐述了静电陀螺寻北仪在我国的研制与发展状况。给出了静电陀螺寻北仪的原理结构和方位角估计算法初步实验结果表明：静电陀螺寻北仪的寻北精度优于１０″，寻北时间少于３０是现实的。     

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.     

快速寻北系统中基于α-β预滤波器的惯性器件斜坡漂移补偿

快速寻北系统在不同温度环境下冷启动过程中陀螺和加速度计输出的斜坡漂移及其斜率的逐次启动随机性影响了快速寻北精度。以激光陀螺快速寻北系统为研究对象,设计的α-β预滤波器在粗对准阶段即可收敛,可对陀螺和加速度计输出数据的漂移特性进行实时滤波估计与补偿,其带宽不对基座扰动引起的数据波动特征造成影响,有效消除了精对准过程中陀螺和加速度计斜坡漂移的影响。实验结果表明,激光陀螺快速寻北系统经α-β预滤波后冷启动寻北精度得到显著提高。     

DSP在陀螺寻北仪中的应用

陀螺寻北仪在军事和民用领域有着重要的作用,应用前景非常广泛.针对陀螺寻北仪要求计算速度快、精度高的特点,采用了具有运算速度快、精度高特点的数字信号处理器(DSP),可以很好地满足陀螺寻北仪系统的这一要求.对所应用的DSP芯片TMS320F206算法和程序模块的应用进行了说明,同时也采取了硬件和软件的抗干扰措施,达到了设计要求,通过了环境测试.     

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。     

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)。     

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。     

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).     

无定向激光陀螺捷联惯组标定方法的对比研究

对三种无定向激光陀螺捷联惯组标定方法进行了对比研究,详细分析了各种方案的标定原理,提出了利用标准差作为评价标定方法优劣的指标.结合对某一激光陀螺捷联惯组标定试验结果的分析,得到了在无北向基准的情况下,三种标定方法在标定时间和标定精度两个指标上的对比结果,为无定向激光捷联惯组的标定提供了指导,具有较大的工程应用价值.     

高精度陆用惯导零速修正技术研究

零速修正技术是提高陆用惯导定位精度的一项有效手段。在周期性停车过程中,惯导系统除了将速度误差清零外,还能将由陀螺漂移、平台误差角等因素引起的位置误差进行补偿。本文采用离散线性卡尔曼滤波方法,通过连续三个停车时刻的速度误差构造观测向量,对惯导速度误差、加速度误差和陀螺漂移进行估计,进而补偿位置误差。车载试验表明,该零速修正方法位置精度高,且停车时间短,能够满足地面车快速响应的要求。     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

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。     

High-Reliability Strapdown Platforms Using Two-Degree-of-Freedom Gyros

This paper presents a new concept of high-reliability strapdown attitude sensing systems for space vehicles. Each system utilizes a set of redundant two-degree-of-freedom gyros. An optimum system configuration is obtained for maximum system reliability and the best measurement accuracy. Improved accuracy of the final data is obtained by using the least-square data reduction technique. Each system possesses a ?sensor performance management? feature which is capable of failure detection, faulty gyro identification, system reconfiguration, and, possibly, sensor recalibration. Improvement in reliability, as compared to other types of strapdown systems, is demonstrated. Details of the development are described in terms of a system containing four gyros.     

IDENTIFICATION OF GYRO DRIFTS UNDER THREE AXIS ATTITUDE COUPLING

ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＧＹＲＯＤＲＩＦＴＳＵＮＤＥＲＴＨＲＥＥＡＸＩＳＡＴＴＩＴＵＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧＪＩＮＧＷｕｘｉｎｇ（荆武兴），ＷＡＮＧＸｕｅｘｉａｏ（王学孝），ＷＵＹａｏｈｕａ（吴瑶华）（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎ...     

HMS SCOTT ring laser gyro navigator integration

HMS SCOTT is a United Kingdom ocean survey vessel that hosts a state-of-the-art deep ocean mapping system which was designed, developed, and is currently maintained and periodically updated by the Space and Naval Warfare Systems Center, San Diego, (SSC San Diego). A recent update of this system consisted of the replacement of an obsolete and very costly to maintain inertial navigation system. Another reason for updating the ship's inertial system was to provide higher accuracy attitude data, than was previously available with the old inertial system, to the high resolution multi-beam sonar system in order to produce improved bathymetric charts. After conducting a market survey of suitable inertial navigator systems, the Kearfott SEANAV ring laser gyro navigator (RLGN) system, using a monolithic T-24 gyro, was selected to replace the old inertial system. The selection of the SEANAV RLGN was based on its relatively low cost, high reliability, and, particularly, the roll and pitch data accuracies of typically less than 1-arc-minute. This attitude data accuracy was key to enable a significant improvement in the bathymetry data accuracy. Two SEANAV systems were integrated with GPS receivers, a system master time code generator, and electro magnetic (EM) log and Doppler sonar speed sensors to provide the navigation portion of the mapping data. Operational testing of this updated system aboard HMS SCOTT, in November, 2003, showed a marked improvement in the quality of the map product due, in part, to the improved attitude data provided by the SEANAV RLGN system.     

基于EMD-SVR的光纤陀螺随机误差预测

为了提升光纤陀螺随机误差建模的准确性及补偿结果,提出了一种基于经验模态分解与支持向量机结合的随机误差预测方法。鉴于随机误差的非线性及不稳定性,直接进行预测时精度不高,采用经验模态分解对原始数据进行分解以降低时间序列的复杂程度;然后根据经验模态分解得到的各本征模态函数及趋势序列,构建基于支持向量机的预测模型;再将所得的各分量的预测结果综合以得到光纤陀螺随机误差的预测结果。以光纤陀螺随机误差数据作为验证,结果表明,相较于传统的预测方法,均方根误差与平均绝对误差分别降低了78.4%和75.5%,有效提高了回归精度。     

激光惯组结构系统陀螺抖动性能确定方法与应用

当二频机抖陀螺相对于其安装基座的抖动幅度较小时,偏频技术不能很好消除锁区的影响,陀螺精度将降低,甚至停止抖动失去功能。激光陀螺抖动性能与结构密切相关,给出了激光惯组箱体减振器本体抖轮陀螺体系统的激光陀螺抖动多体动力学模型及关键参数识别方法,能够根据激光惯组的结构、减振设计方案计算陀螺抖动性能,进而选取合适参数及结构布局解决激光惯组系统陀螺抖动效率差的问题。最后,通过型号实际问题分析验证了该方法的准确性及工程实用性。     

激光陀螺误差分析的Allan方差法改进研究

针对传统Allan方差法分析激光陀螺误差特性过程中,不能合理解释方差中部分噪声项出现负值的情况,而采用阻尼振荡的分析方法能够对此给出合理解释,却又损失了辨识精度的问题,提出了一种基于动态Allan方差法理论的改进Allan方差法。该方法将阻尼振荡模型与动态Allan方差模型相结合,使得辨识结果的分析过程更加合理。激光陀螺零偏误差的辨识与分析结果表明:改进Allan方差法的辨识结果精度略高些,在改进Allan方差的三维分析图中可以显示出零偏中存在的数据突变情况,能够反应激光陀螺误差的动态特性。因此,改进Allan方差法更适用于激光陀螺误差特性的分析。