混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型

混合式惯导系统作为一种新型惯导系统,具有三轴全姿态物理平台、捷联姿态算法和系统装机自标定等特点。针对以上特点,为提高其导航定位精度,在混合式惯导系统框架角约束方程的基础上,利用姿态四元数代替欧拉角描述混合式惯导系统中三轴物理平台的转动,建立了一种混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型对其进行误差系数标定。针对该模型的特点,对传统的无迹卡尔曼滤波（UKF）算法进行改进,提出了一种基于奇异值分解的四元数无迹卡尔曼滤波（SVD-QUKF）算法进行模型误差系数辨识。仿真和试验结果表明,基于SVD-QUKF算法,四元数连续自标定模型能够以低于1%的相对误差标定出混合式惯导系统所有的误差系数,在标定精度和计算速度上相比基于传统UKF算法的框架角自标定模型都具有一定优势。      

余度捷联惯导系统连续自动标定技术

以余度捷联惯导系统为研究对象,提出了一种新的连续自动标定技术.从惯导系统误差模型出发,推导了这种连续自动标定技术的原理方程,指出在特殊旋转路径下由系统导航解算输出的速度误差将包含惯性器件误差的相关信息.依据惯性器件误差逐级分离的观点,设计了标定旋转路径.在设计的转台连续旋转轨迹下,利用卡尔曼滤波器可以获得全部常值误差项的精确估计.通过构建余度捷联系统标定仿真平台验证了这种技术的有效性.仿真结果表明,与传统的多位置翻滚标定方法相比,该技术标定精度高,操作简单易行,具有较好的工程应用价值.     

无依托状态加速度计的新型标定方法

为解决加速度计性能参数时变性的问题,提出了无依托状态下加速度计标定方法.在无需借助转台等传统标定设备、无需拆卸惯性元件的条件下,充分利用惯导系统(INS,Inertial Navigation System)自身资源,以静基座初始对准获得的准确姿态信息为前提,利用当地重力g作为标定基准,考虑到误差模型非线性的特点,引入非线性寻优策略辨识零位偏差,将误差模型蜕变为线性后,运用线性最小二乘方法辨识安装误差矩阵和刻度因数误差,从而实现加速度计关键参数标定.数值仿真结果显示:经过标定后加速度计测量误差可减小20倍,说明在无依托状态下具有工程实用价值.      

用杆臂效应在轨标定加速度计标度因数的方法

针对加速度计标度因数在轨标定精度低、成本高,需要其他辅助设备且难以工程实现等问题,提出了一种利用杆臂效应在轨标定加速度计标度因数的方法。用该方法对加速度计进行在轨标定,只需要惯组旋转机构按照给定的速率匀速旋转,根据惯组内陀螺仪及加速度计的输出即可解算出加速度计的标度因数。分析了标定原理,建立了标定模型,推导了误差系数的分离算法。通过地面试验验证了方法的有效性。     

基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法

初始对准是旋转式捷联惯导系统（SINS）的关键技术之一。传统旋转式捷联惯导精对准方法多采用10维模型,该模型的精对准精度不能满足导航精度要求。针对此问题,提出了一种基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法。首先,将陀螺和加速度计标度因数误差、安装误差扩展为状态变量,建立了28维的精对准模型;然后,对旋转过程中各状态量的可观测度进行分析,根据分析结果将模型优化为13维;最后,采用卡尔曼滤波实现了旋转式捷联惯导系统的精对准。仿真结果表明,与传统初始对准方法相比,该方法能有效提高姿态对准精度,并估计出更多陀螺误差项。      

基于自适应遗传算法的MEMS加速度计 快速标定方法

微惯性测量单元（MIMU）的标定技术是低精度惯性导航领域中的重要研究方向,传统标定方法操作复杂,标定精度严重依赖转台精度。为解决大批量MIMU快速标定的问题,提出了一种基于自适应遗传算法（GA）的微机电系统（MEMS）加速度计快速标定方法,将加速度计标定问题转化为参数优化问题。首先,利用模观测原理构造目标优化函数;然后,分析系统可观测度确定最优标定编排方案;最后,采用全局搜索的自适应遗传算法优化标定参数。实验结果表明:与牛顿迭代法相比,标定精度提升1~3个数量级,运算速度提高61%。标定后解算的水平姿态角误差小于0.1°,可实现与传统标定方法相同量级的姿态精度,验证了所提方法的优越性和实用性。      

SINS外场系统级标定方法的优化——最佳六位置

静态多位置标定问题,不同位置编排方式会影响辨识精度.针对六位置标定方法,通过建立位置编排与惯组9个误差参数(加速度计零偏、标度因数误差和陀螺零偏)标定精度之间的关系,将惯组位置编排问题转化为Fisher信息矩阵的优化问题,并在A-最优、D-最优和E-最优3个优化指标下,给出了惯组位置编排的最优方案,通过仿真与满足可辨识条件的一组位置编排比较,结果表明最优方案能够提高加速度计零偏和标度因数误差的标定精度.      

基于地标图像信息的惯导系统误差校正方法

提出了一种基于地标图像信息的惯导系统误差校正方法,并进行了仿真实验研究.该方法利用飞机光电平台上的地标图像成像系统,通过地标图像探测、图像变换、匹配定位、坐标变换解算出飞机的空间三维坐标.该三维坐标与惯导系统所给出的坐标进行比较,得出飞机惯导系统的航迹误差,从而实现对惯导系统的误差校正.      

一种无引北三轴转台标定捷联惯组方法

用三轴转台标定捷联惯组时，需要对三轴转台引北，用于精准测量捷联惯组相对地球北向的角度。为了减少引北带来的繁重工作量，在研究传统六位置标定方法的基础上，设计了十二位置标定方法。给出了十二位置翻转编排，建立了捷联惯组器件误差参数模型，详细推导了求解误差参数的方程式，并在高精度三轴转台上进行了试验验证。结果表明，在对三轴转台无引北的情况下，十二位置标定方法仍能标定出捷联惯组的24个器件误差参数，且精度与六位置标定方法相当，达到了预期目的。     

初始定位误差对SINS动基座对准的影响分析

初始定位误差对捷联式惯导系统水下初始对准有着重要影响。针对此问题,基于捷联式惯导系统非线性误差模型利用无迹卡尔曼滤波方法进行载体系测速辅助捷联式惯导系统精对准。首先在水下单应答器定位技术已有研究成果的基础上,对初始定位误差对捷联式惯导系统水下动基座初始对准结果的影响进行理论分析;而后基于船载实测数据对理论分析结果进行水下动基座对准半物理仿真试验验证。试验结果表明,当水下初始位置的定位误差在200m以内时,初始定位误差对捷联式惯导系统动基座精对准的姿态对准结果基本没有影响;会给精对准过程中的位置误差估计带来与初始定位误差相同大小的常值误差。     

加速度计的静态校准

介绍了静态校准加速度计的方法 :地球重力法、负载法和离心机法。在用离心机法校准加速度计时 ,为了消除测量R的系统误差 ,可以采用径向R差值法。分析了这种方法的原理和误差。     

石英挠性加速度计温度特性测试与建模

为分析石英挠性加速度计在不同温度条件下的特性和规律，对加速度计两个主要参数偏值K₀和标度因数K₁的温度特性测试方法进行研究。根据变温速率和保温时间建立了加速度计的静态和动态温度曲线，并在不同的温度条件下对两只加速度计样品进行测试。利用最小二乘法对测量得到的加速度计温度特性进行建模，并提出通过温度特性曲线评判加速度计性能优劣的基本方法。最后将温度特性模型应用到系统精度补偿上，并取得了较好的效果。     

CHAMP and GRACE accelerometer calibration by GPS-based orbit determination

Current and planned Earth observation missions are equipped with highly sensitive accelerometers. Before using the data, the instrument has to be calibrated by determining scale and bias parameters for each axis. Here, the accelerometer measurements are used in a GPS-based reduced-dynamic orbit determination approach, replacing the non-gravitational force models, and nominally daily calibration parameters are estimated. Additional empirical accelerations are estimated to account for deficiencies in the applied force models. This method is applied to 5 years of CHAMP and GRACE data, resulting in an orbit precision at the level of a few centimeters. In along-track direction the calibration parameters can be estimated freely, scale factors of 0.96 ± 0.014 and 0.95 ± 0.015 are obtained for GRACE A and B, and 0.85 ± 0.024 for CHAMP. A constant scale factor results in the smoothest bias series, with clear trends and occasional jumps. In radial and cross-track direction tight constraints to a priori biases have to be applied. Furthermore, the determined orbits are analyzed with respect to reference trajectories, and SLR, phase and KBR residuals are presented.     

月球上升段PEG参数自适应估计

针对月球上升器主动段制导中面临的上升器实际参数与制导计算机中存储参数不一致的问题,研究并提出PEG参数自适应估计的方法.通过分析,将对PEG制导有影响的参数如质量、质量流量、比冲、推力等转化为两个参数vex和τ,并利用加速度计输出对其进行估计.最后通过对使用参数自适应估计的PEG和未使用参数自适应估计的PEG的对比仿真,验证了PEG参数自适应估计的必要性和有效性.     

基于非线性变换的加速度计误差标定与补偿CSCD

为提高三轴加速度计测量精度,分析其误差来源和产生机理,建立了误差模型;根据误差模型和重力场幅值不变特性,推导出非线性观测方程。引入两个未知的参数向量,通过数学变换把非线性观测方程变形为关于新未知参数的线性方程;然后采用批量最小二乘法求出新的未知参数,并根据误差模型参数和新未知参数之间的关系,利用逆解析运算求出对应的零点偏差、灵敏度误差和三轴不正交误差。实验结果表明,加速度计正负误差峰值间距可以减小100倍左右,精度可达10-3m/s2,并具有很好的可重复性。该方法算法效率较高,补偿效果显著。     

基于IFOA的MEMS加速度计无转台标定

为提高微机电系统（MEMS）加速度计的标定效率并降低对高精度转台的依赖，提出一种基于改进果蝇优化算法（IFOA）的MEMS加速度计无转台标定方法。首先，根据模观测标定法原理将加速度计标定问题转化为非线性函数优化问题。然后，针对经典果蝇优化算法存在的只能搜索正参数及搜索步长固定的不足，对味道浓度判定值及搜索步长进行改进，使改进后的算法具有全局参数搜索及可变步长2种性能，并利用Rosenbrock函数进行测试，结果表明，IFOA相比于经典果蝇优化算法具有全局参数寻优范围及更高的寻优精度。最后，将IFOA应用于求解加速度计待标定参数的非线性函数优化问题，并将结果与牛顿迭代法和粒子群优化（PSO）算法进行对比。仿真结果表明:IFOA在求解精度方面比牛顿迭代法提高了1~3个数量级；在运行稳定性方面比牛顿迭代法和PSO算法分别提高了30%和34%，在运行时间方面分别减小了15.2%和43.6%；在加速度计无转台标定方面具有良好的应用价值。      

环路参数对数字闭环加速度计动态特性影响

数字闭环石英挠性加速度计在纯积分控制器下带宽仅有10 Hz左右,需要通过调整伺服电路结构参数来改善系统动态性能.针对这一问题,且为保证系统的无差性,设计了位置式比例积分控制器.建立闭环系统数学模型,利用隐函数求解的方法,得到了环路参数（包括采样点数、比例系数及积分系数）与系统闭环带宽的关系,同时分析了环路参数对系统稳定性及静态精度的影响.搭建系统实验样机并进行闭环带宽及零偏稳定性测试.结果表明,闭环系统带宽与环路参数成正相关关系,其中改变比例系数对系统动态特性的影响最为显著.实验结果与理论分析一致,为数字闭环加速度计动态特性调整提供理论依据及实验指导.      

"嫦娥一号"卫星轨控标定方法研究与实现

在航天测控任务中,对轨控效果进行标定并合理利用可以实现更为精准的轨道控制.提出了一种综合利用控前控后精密轨道、轨控过程遥测姿态数据、遥测加速度计测量数据对沉底发动机、轨控发动机、加速度计刻度系数进行标定的方法;介绍了该方法在中国首次月球探测任务中的应用情况;最后分析了标定结果对定轨及定姿精度的敏感程度,从而在理论上进一步说明在后续深空探测中利用精密轨道进行轨控标定的可行性和重要性.