光纤陀螺随机漂移的实时滤波方法研究

在光纤陀螺捷联惯导系统的初始对准过程中,光纤陀螺的随机漂移是影响对准精度的重要因素。通过离线的建模和滤波,能够在一定程度上抑制光纤陀螺随机漂移的影响,但由于受环境因素及光纤陀螺重复启动性能的影响,离线建立的模型通常不具备普适性,无法实现初始对准中随机漂移的在线滤波。为了解决这一问题,论文研究了随机漂移的实时滤波方法,包括基于ARMA模型的Kalman实时滤波方法和基于滑动数据窗的小波实时滤波方法,并对两种方法进行了改进。最后,进行了光纤陀螺捷联惯导系统的初始对准试验,研究了两种滤波方法对对准精度的影响,试验结果表明两种在线滤波方法均能够在较大程度上提高初始对准的精度,而且小波实时滤波方法的精度和实时性均优于基于ARMA模型的Kalman实时滤波方法。
     

基于Kalman光纤陀螺的随机信号处理

分析了光纤陀螺随机漂移的特性,建立了随机漂移的ARIMA模型;针对IFOG输出信号的特点建立了随机漂移的观测方程并用卡尔曼滤波把随机漂移估计出来,用以对IFOG的输出进行补偿.根据时间序列预测的特点和要求,分析了传统时间序列预测方法的不足,提出了将卡尔曼滤波应用于时间序列预测.推导了基于卡尔曼滤波的ARMA模型参数实时更新算法,并采用功率谱密度分析方法确定预测模型的形式与阶数;通过对光纤陀螺随机漂移建模进行了实证研究,对光纤陀螺仪信号处理有着重要的参考.     

Matlab在光纤陀螺随机漂移建模中的应用

光纤陀螺随机漂移是捷联惯导系统的主要误差源,对其建立一个精确的、适用的模型有利于减小光纤陀螺漂移,提高系统精度。本文根据时序建模理论,利用Matlab中的自带函数,建立了光纤陀螺随机漂移模型。Matlab在光纤陀螺漂移建模中的应用,避免了传统编程建模的繁琐,简化了建模的计算过程,大大减小了工作量,提高了建模效率。     

激光陀螺随机误差的非参数建模与滤波

陀螺随机误差是影响惯导系统导航精度的重要方面.减小随机误差影响的有效方法是对随机误差进行建模并采用合适的滤波器进行滤波.为了更好地描述激光陀螺漂移的非线性,提出应用一类非参数ARMA模型--FARMA(p,q,d)模型(函数系数自回归滑动平均模型)对激光陀螺漂移数据进行建模.同时提出应用粒子滤波技术进行滤波,并采用交叠式Allan方差法辨识滤波前后随机误差噪声参数.仿真结果表明,应用该模型能较好的反映激光陀螺漂移的非线性;粒子滤波技术能有效抑制随机误差,5个误差项系数的减少均在29%以上.     

单自由度气浮陀螺随机漂移模型特性分析

对某型单自由度气浮陀螺随机漂移的AR（2）平稳时序模型进行了分解，由分解得到的快模型和慢模型确定了随机漂移数据的时序相关时间和噪声组成成分，从而为漂移数据的采样方法和恒量惯性导航系统的性能提供了依据。     

基于改进陀螺漂移模型的卫星姿态确定算法

三轴稳定卫星的有陀螺姿态确定系统需要对陀螺漂移误差进行建模.针对目前采用的白噪声驱动陀螺漂移模型会引起陀螺漂移估计误差曲线不光滑,进而导致姿态角估计误差和姿态角速度估计误差曲线不光滑的问题,提出两种改进的陀螺漂移误差模型,并从理论上分析了该方法的正确性和实用性.仿真实验表明,改进后的陀螺漂移模型可以有效降低漂移估计误差的稳态误差,提高姿态角和姿态角速度的估计精度.     

光纤陀螺随机误差建模及补偿

针对光纤陀螺的非系统性随机噪声,研究其补偿方法。首先,对光纤陀螺观测数据进行平稳性、正态性、零均值性和周期性统计检验。然后,基于时间序列分析的数据建模方法,利用光纤陀螺的输入输出特性数据建立AR模型,并验证AR模型的适用性。最后,采用基于AR模型的Kalman滤波算法对随机误差进行滤除。仿真结果表明,基于AR模型的Kalman滤波算法能够有效抑制光纤陀螺随机误差。     

静电陀螺随机漂移模型辨识

采用时序分析方法对静电陀螺随机漂移模型进行辨识，提出了用Ｂｏｘ－Ｊｅｎｋｉｎｓ法，Ｂｕｒｇ法，ＬＵＤ法以及Ｄ．Ｄ．Ｓ法四种建模方法建立了一维模型，并用多维ＡＲ模型建立了二维模型，对所得结果进行了讨论，最后指出只有精密陀螺建模才有价值，ＬＵＤ法对发展实时控制是十分有用的     

光纤陀螺温度建模及补偿技术研究

研究了干涉式光纤陀螺的温度补偿问题。首先分析了光纤陀螺仪温度漂移的主要影响因素，并应用人工神经网络与数理统计方法建立了陀螺仪的温度补偿模型。最后对某型号陀螺进行了0～50℃环境温度下的大量恒温及变温实验，通过实验数据完善所建模型并完成了对该陀螺的温度补偿。实验结果表明：在特定温度环境下，该方法能够有效地改善光纤陀螺仪零偏稳定性。     

自适应卡尔曼滤波在激光陀螺信号处理中的应用

各种随机噪声是激光陀螺误差的主要来源。为了减小激光陀螺的随机误差，建立了激光陀螺随机漂移数据的时间序列模型，设计了基于激光陀螺随机漂移数据时间序列模型的经典卡尔曼滤波器，对激光陀螺随机漂移数据进行了卡尔曼滤波，并针对经典卡尔曼滤波的不足，利用简化Sage—Husa自适应滤波算法对激光陀螺漂移数据进行处理，取得了较好的结果。滤波结果表明，简化的Sage—Husa自适应滤波优于经典卡尔曼滤波，并验证了简化的合理性。     

小波分析在光纤陀螺信号滤波中的应用研究

介绍了小波分析的理论及小波变换快速算法，给出了光纤陀螺漂移的数学模型，阐明了小波分析在陀螺信号滤波中的应用方法，并通过实验证明了该方法的有效性，为消除陀螺漂移及基座动态干扰提供了一个新的途径。     

基于异方差分析的多MEMS陀螺随机误差补偿方法

针对具有异方差性的多MEMS陀螺随机漂移误差的补偿问题,提出基于广义自回归条件异方差建立单个MEMS陀螺随机漂移的误差模型,并在此基础上进行多元异方差时间序列的相关性分析,研究基于多元广义自回归条件异方差分析多MEMS 陀螺随机漂移信号的协方差矩阵和时变相关系数。将该分析方法应用于多MEMS陀螺的在线融合补偿中,验证了多元异方差分析方法对多MEMS陀螺随机误差补偿的有效性。仿真结果表明该方法对随机漂移信号具有很好的融合补偿效果,可以提高多MEMS陀螺的测量精度。     

光纤陀螺输出信号的自适应滤波

噪声是影响光纤陀螺零漂指标的主要因素。为了降低光纤陀螺输出信号中的噪声含量,提高光纤陀螺的零漂指标,本文设计了一种自适应滤波器,用于光纤陀螺输出信号的数字滤波。设计的自适应滤波器采用基于最小均方误差准则的LMS算法,该算法的滤波准则是最小均方误差,采用递推的方法实现。设计的自适应滤波算法在数字闭环光纤陀螺中进行了实验,结果表明,设计的自适应滤波器能够降低陀螺输出数据中的白噪声,有效地提高了光纤陀螺的零漂性能。     

Disturbance rejection in space applications: Problems and solutions

Navigation, control and guidance of the propulsive phase of planetary landing, e.g. on Mars (or the Moon), with a soft landing being the only target, are driven by Inertial Measurement Units and a radar altimeter/velocimeter. Their measurements are affected by bias and scale errors. The latter ones are aggravated by the attitude navigation error as it accumulates during the ballistic (and aerodynamic) flight after orbiter separation and couples for most of the descent trajectory with the vehicle axis inclination from the local vertical direction. By complementing the center-of-mass dynamics with appropriate disturbance state equations driven by noise vectors and estimating the noise from the model error (plant measurements minus model output), scale errors and bias can be retrieved in real time in the form of disturbance state variables. Although a similar complement is adopted in the standard navigation algorithms, it takes the form of an output disturbance, which may lead to unobservability. In this paper instead, the disturbance complement is designed to be fully observable, which may require that the derivatives of smooth systematic errors be pushed up to the command channel (a form of back-stepping). It is then viable, unlike standard navigation, to eliminate them from position and velocity tracking errors through disturbance rejection, under appropriate convergence conditions and sensor layout. It will, however, be demonstrated in this paper that the same result cannot be achieved under pure feedback control. Since constant errors (bias) become zero through back-stepping, a well known fact derives: bias can only be eliminated by disposing of supplementary sensors.To further enlighten and solve the question of bias rejection, a further case study is treated. The attitude control of drag-free satellites is considered, where fine accelerometers allow for the rejection of wide-band aerodynamic torques (think of low-Earth orbit spacecrafts) at the price of attitude divergence because of accelerometer bias and drift. The spacecraft attitude can be made bounded and accurate, if bias and drift are modeled as angular accelerations, affecting the attitude. They are estimated by attitude sensors like star trackers and then are rejected by the attitude control. The results in the soft landing and drag free case studies are illustrated by simulated runs and Monte Carlo trials.     

捷联式定位定向系统中动力调谐陀螺误差实时补偿

恶劣的工作环境给进一步提高捷联系统的性能带来了较大的困难，究其所有误差源，系统中的动力调谐陀螺误差对系统的精度影响较大。为此，本文主要对“捷联式定位定向系统”中动力调谐陀螺的误差作分析与研究。本文结合“捷联式定位定向系统”的特点，对动力调谐陀螺的主要漂移误差进行了分析，接着根据推得的动力调谐陀螺的静态、动态误差模型，提出了相应的误差补偿算法，并设计了误差实时补偿软件。最后经仿真计算，证明其补偿效果较好。     

MEMS陀螺仪随机漂移误差研究

降低MEMS陀螺仪的随机漂移误差是提高陀螺仪性能的主要方法之一。基于随机序列时序分析法的基本原理，在对MEMS陀螺仪的初始测量数据采用均值估计法进行预处理后，对去除渐进项后的残差信号进行AR（1）建模，并依据该模型对残差信号进行了Kalman滤波，有效提高测量精度。通过对残差信号进行Allan方差的分析，分离出了陀螺仪随机漂移中的主要随机误差源。通过对具体测量数据的处理结果表明，经过这样的处理，陀螺仪噪声的零偏稳定性和速率随机游走分别提高了4倍和7倍。     

基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法

针对捷联惯导地面对准过程加速度计零位误差和标度误差难以精确分离,使用传统的真空修正方法无法校正系统误差等问题,提出了一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正新方法。充分利用了载体在真空段飞行时的特点,以加速度计输出的比力信息作为观测量,建立了基于真空滤波方案的系统状态方程和量测方程。对器件误差、系统误差状态变量的可观测度进行分析,给出了器件误差、系统误差的在线滤波修正方法。仿真结果表明,方法可以在线分离加速度计的零位误差和标度误差,同时能有效修正系统误差包括姿态角误差、速度误差以及位置误差,对提高捷联惯导的实际导航性能有重要的现实意义。     

线性仪表静态不确定度的统计估算

侧重分析静态回归直线误差模型及工程应用的可行性 ,通过例证比较说明统计估算法的优势。阐述环境温度引起仪表回归直线的平移和旋转 ,导出温度误差为零位温漂及灵敏度温漂相对值的代数和 ;该误差模型具有通用性 ,可推广至其它环境因素对回归直线影响的分析。介绍时漂的基本概念及经验公式。强调静态不确定度应包括回归直线误差及环境因素影响的误差。