The Psi-Angle Error Equation in Strapdown Inertial Navigation Systems

A detailed development is presented of the psi-angle vector differential equation as applied to the error analysis of strapdown inertial navigation systems. The coordinate systems involved and the psi misalignment vector are clearly defined. It is proven that apart from a sign change the psi-angle differential equation in the error analysis of strapdown inertial navigation systems is identical to the one used in conventional gimbaled inertial navigation systems.     

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。     

无陀螺捷联惯导系统

阐述了无陀螺捷联惯导系统的原理,推导了其力学编排方程,提出并论证了提高载体角速度的计算值精度的方法。从而得到了适于工程应用的无陀螺捷联惯导系统方案,对该方案进行了计算机仿真计算。得到了满意的结果。     

激光陀螺捷联惯导系统温度场的均衡研究

本文研究了由激光陀螺和石英加速度计构成的捷联惯导系统的温度场,指出系统内部热流的重新流动能降低其使用可靠性,确定了惯性传感器和系统壳体外表面温度差的容许范围,研究了与捷联惯导系统集成在一起的柔性热管路,使用这种管路能把热场的不均匀程度降低一个数量级。     

双通道光纤陀螺捷联惯导的设计与实现

针对光纤陀螺惯导精度和动态性能相互矛盾的问题,从实际应用需求出发,提出了一种高精度和大量程的双通道光纤陀螺捷联惯导系统.介绍了设计的基本原理和系统组成,并详细阐述了大小光纤陀螺设计、双通道加速度计设计和软件算法设计等关键技术,最后研制了一套原理样机.通过系统级标定试验、量程和陀螺精度试验、高动态振动环境试验和动态跑车试验等对样机进行验证,结果表明该技术方案具有可行性,为其他光纤陀螺惯导系统提供了新的设计思路.     

旋转式SINS的自标校技术研究

惯性器件常值及慢变误差是影响捷联惯导系统精度的主要因素之一,所以在捷联惯导系统出厂前需要对常值及慢变误差参数进行标定。但这些误差参数会随时间发生变化,对于高精度捷联惯导系统,每次启动后需要对惯性器件的误差参数进行重新标校。针对光纤惯导系统,建立了IMU误差模型,并根据提出的旋转式捷联惯导系统自标校转位方案原则设计出了一种8位置自标校方案,对惯性器件标定参数进行激励和辨识,并建立了Kalman滤波状态方程及量测方程,对惯导系统误差参数进行在线标定。实验结果表明,该方案对其惯性器件误差参数能进行准确估计,具有一定的参考价值。     

Comments on "The Psi-Angle Error Equation in Straplown Inertial Navigation Systems"

The negative sign on the psi-angle differential equation for strapdow inertial navigation error analysis discussed by Weinreb and Bar-ltzhack is not due to differences in error propagation between gimbaled and strapdown systems, but to the definition of strapdown gyro drift rate given by them. If a consistent definition of gyro drift rate for gimbaled and strapdown systems error analysis is used, the sign change does not occur.     

基于速度误差的系统级标定方法

为降低捷联惯导系统误差参数标定过程对高精度转台的要求,提出一种基于速度误差的系统级标定方法。在惯性器件误差参数模型和捷联惯导系统误差方程的基础上,以惯导系统转动前后的导航速度误差为观测量,编排设计旋转方案,对加速度计和陀螺的误差参数进行拟合标定。仿真结果表明,与传统的分立式标定方法相比,在保证标定精度的同时,对高精度转台的要求更低,可应用于外场标定。     

瞄准吊舱捷联惯导系统快速传递对准方法

 新型瞄准吊舱系统中安装捷联惯导系统,使其在跟踪、探测目标的同时具备一定的自主导航能力。吊舱系统中的捷联惯导一般采用较低精度的惯性器件配置,且传递对准实现过程受到机动条件的严格限制。针对该问题提出了一种“比力积分/角速度匹配”传递对准方法,利用主惯导导航信息与惯性器件输出,以及子惯导惯性器件输出实现子惯导的对准。推导了基于主、子惯导系统误差的数学模型,详细分析了器件精度与低动态条件对系统状态量可观测度的影响,并针对低精度惯性器件与低动态条件下的传递对准性能进行了数字仿真。仿真结果表明,该方法在器件低精度与低动态条件下,对准性能达到5′,优于常规传递对准方法,可满足瞄准吊舱捷联惯导系统的快速对准性能要求。     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

捷联惯性制导系统的圆锥误差及其补偿

圆锥误差是捷联惯导系统,特别是激光陀螺捷联惯导系统重要的误差源,为提高激光捷联惯性系统的导航精度,防止姿态误差的积累,本文研究了圆锥补偿算法和圆锥补偿误差特性,给出了常用的8种圆锥补偿算法,针对激光陀螺惯组的实际应用背景,开展了弹道仿真研究,给出了圆锥误差对激光陀螺捷联惯导系统导航精度的影响和补偿修正的效果。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

基于最大似然估计法的加速度计误差参数标定方法

为降低捷联惯导系统误差参数标定过程对高精度转台的要求,提出一种基于最大似然估计的模观测标定方法。在考虑噪声影响的情况下建立加速度计的误差参数模型,运用最大似然估计法对误差参数进行标定计算,并将标定结果的精度与所考虑参数模型的克拉美限相比较。结果表明,与传统标定方法相比,该方法标定精度相当,降低了对标定转台的要求,减少了标定时间,有较高的工程应用价值。     

Propagation and System Accuracy Impact of Major Sensor Errors on a Strapdown Aircraft Navigator

A strapdown system is considered as an unaided inertial navigator aboard an aircraft. Presented here are simulation results detailing the propagation of navigation errors (in nautical miles) due to strapdown sensor errors for four trajectories. They indicate the type of performance that can be expected from a strapdown system utilizing good ?off the shelf? gyros and accelerometers, and dramatically illustrate the improvements necessary in these components to obtain navigation performance comparable to that available from a good gimballed inertial system. The total navigation error for each trajectory is broken down to show the contribution from each of the various error sources. This breakdown quickly reveals which are the critical error sources for a given trajectory class, and also points up the relationship that exists between each individual error source, aircraft maneuvers, and the resulting navigation error. Several of the error mechanisms are discussed at length and a set of linearized differential equations which can be used to analyze error propagations is presented. These results should be of particular interest to the system designer who is faced with the problem of specifying the sensor error parameters necessary to meet mission performance requirements. With an analysis similar to the one presented here, but structured around his own expected mission trajectories, the designer should be able to confidently predict system accuracies and intelligently perform tradeoffs on the critical system parameters.     

Balloon gravimetry using GPS and INS

Measurement of the horizontal components of gravity at altitude using balloon-borne instrumentation consisting of a Global Positioning System (GPS) receiver and a strapdown inertial navigation system (INS) is discussed. GPS data are to be used primarily to determine the total inertial acceleration of the balloon, while the INS accelerometers sense all nongravitational accelerations. A covariance analysis based on the Kalman filter shows that conventional gravity estimation from GPS-aided INS data is possible only if external attitude updates are also available. An alternative technique is explored that attempts to estimate at least part of the gravitational spectrum without modeling the gravity disturbance as a state variable or relying on external attitude updates, while, at the same time, admitting uncorrected (long-wavelength) attitude errors. Simulations based on a model for typical balloon motion are used to discuss this possibility     

用于微机械捷联式航姿系统的四元素算法卡尔曼滤波器

介绍了一种卡尔曼滤波器 ,它适用于由微机械惯性传感器构成的捷联式航姿系统。文中阐述了系统构成和原理 ,基于四元素算法公式推导了姿态算法和系统误差模型 ,并设计了实时卡尔曼滤波器。仿真结果表明 ,当没有横向加速度干扰时系统精度优于 0 .0 4度 ,当出现 0 .1g/1Hz的横向交变加速度干扰时 ,精度降为 0 .4 4度。初步测试结果表明系统的静态精度为 :俯仰和横滚 /-0 .2度 ,航向 /- 0 .3度。     

速率方位平台与激光捷联惯导车载重力测量比较

目前,成熟应用的航空重力测量系统主要为两轴阻尼平台,例如LaCoste&Romberg海空重力仪,以及三轴惯导平台,例如GT-1A航空重力仪和AirGrav航空重力仪。虽然捷联式航空重力仪研制及应用尚未成熟,但通过本文对自主研制的激光捷联式与速率方位平台式航空重力仪进行的车载重力测量试验表明,两种类型重力仪样机获得的自由空间重力异常精度相当。     

一种常规机动下机载SINS/GPS组合导航系统的可观测性分析

为保证机载捷联惯组的导航精度能够达到要求,需要对惯组定期进行返厂标定,成本高、周期长,也影响载机的使用效率,故而机载惯组在线标校技术的研究一直在不断进行中。对大中型运输机的机载惯组而言,由于其机体较大、机动能力较差,很难完成诸如S机动等复杂的机动动作,故而需要对其常规飞行机动状态下机载SINS/GPS组合导航系统的可观测性进行分析。利用GPS提供的速度和位置信息作为外部观测量来设计Kalman滤波器,采用基于分段线性定常系统(PWCS)的奇异值分解法(SVD),对飞机静止、起降、匀速飞行、匀加减速飞行、转弯等一系列常规机动条件下系统的可观测性和可观测度进行研究。通过Matlab仿真和转台实验,验证了组合导航系统可观测性分析结论的有效性,可为机载惯组的在线标校提供一定参考。     

捷联惯性导航系统动静态误差特性分析研究

捷联惯性导航系统动静态误差特性是基于惯性的组合导航系统的主要误差来源。为此,根据捷联惯性导航系统的误差状态方程,本文分析了不同动静态情况下的捷联惯导系统的误差漂移特性。针对静基座和动基座的不同特点,分别采用了特征根和基于数值仿真分析的方法,并建立了相应的误差特性分析模型。重点研究了陀螺常值漂移、加速度计零位偏置和随机性误差对惯性导航系统误差漂移特性的影响;全面分析验证了惯性导航系统的动静态误差特性。本文的研究工作将为惯性组合导航系统误差分析建模提供了有益的参考。     

极区格网阻尼导航方法

针对舰艇在极区航行时,其常用惯性导航系统机械编排存在精度下降、无北向基准等问题,设计了适用于极区工作的格网坐标系捷联惯性导航系统机械编排.在构建了格网坐标系参考框架的基础上,建立了格网坐标系捷联惯导系统的机械编排,并分析了其误差传播特性.通过误差分析,确定了格网坐标系捷联惯导系统中存在的周期性振荡,并提出了适用于格网坐标系捷联惯导系统的阻尼技术,有效抑制了周期性振荡.最后,通过仿真实验验证了该系统在极区工作的可行性和阻尼技术的有效性.