MEMS加速度计组合在分度头上的标定方法

提出了一种在分度头上标定MEMS加速度计组合的测试方法,该方法可以标定出加速度计组合的刻度系数误差、加速度计零偏、三轴不正交度误差、安装误差角,同时可以分离出分度头转位机构角位置误差.首先通过建立一系列坐标系,推导了重力加速度在加速度计敏感轴的分量表达式.然后采用谐波分析法给出了误差标定方程,利用最小二乘法和Kalman滤波器进行误差参数的估计,并对估计结果进行了对比分析.最后通过三次独立实验标定结果的重复性和残差验证了该方法的正确性.     

捷联式移动平台重力仪地面测试结果

自主研制移动平台重力仪对我国矿产资源勘探及测绘等领域具有重要意义。研制了一种基于激光捷联惯导的移动平台重力仪,根据移动平台重力测量应用需求及激光捷联惯导系统特点,采用高精度石英挠性加速度计作为重力测量传感器,安装于系统垂向通道,既可作为导航用垂向加速度计,又用于实现标量重力测量。介绍了工程样机系统的组成。利用重力场随高度升高衰减的原理,以相邻楼层间的重力测量差值评价了系统的静态精度;通过地面跑车试验,获得了系统动态测量内符合精度。     

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。     

基于单轴转台的斜置RSINS标定方法

以斜置冗余捷联惯导系统(RSINS)为研究对象,提出了一种基于单轴速率转台的标定方法。首先从斜置RSINS的系统配置结构出发,推导了描述斜置RSINS安装失准角的线性化方程以及系统标定量测方程;结合单轴速率转台指出至少需要四个非平面位置才可标定惯性传感器零偏、标度因数及安装失准角,并详细给出加速度计四位置标定方法;考虑到仅以地球转速为观测量时陀螺仪标定参数可观测性较弱,单轴速率转台存在不可忽视的角位置误差及系统安装方位误差等原因,设计四位置静态和三位置转动标定方法以保证陀螺仪的标定精度。通过构建RSINS标定仿真平台验证该方法的有效性,并利用实验室搭建的六冗余样机进行了试验验证。其标定成本低、标定精度高、操作简便且不需要北向基准,具有较好的工程应用价值。     

一种车载激光捷联惯组免拆卸标定方法

陀螺和加速度计常值零偏随时间变化, 惯组误差增大, 不满足部队使用要 求。传统方法是将激光捷联惯组从载车上拆卸下来放在高精度三轴转台上重新标定,过 程繁琐费时、成本高,不利于部队的使用和快速反应。设计了一种激光捷联惯组免拆卸 标定方法,在载车进行四位置转位,每个位置静止10min 的条件下对陀螺和加速度计零 偏误差进行了全局可观测性分析,证明了陀螺常值零偏和水平加速度计常值零偏是可观 测的。利用Kalman 滤波器估计了三只陀螺和水平加速度计常值零偏。对标定补偿前后 激光捷联惯组的全方位对准精度和1h 导航精度进行了比较。结果表明： 基于载车四位 置转位免拆卸标定方法对陀螺和加速度计常值零偏估计是有效的。     

双轴转台误差对IMU标定精度的影响分析

转台误差影响惯性测量组件标定精度,从某种意义上讲,标定的精度就直接决定惯性器件的使用精度。研究双轴转台水平误差及非正交误差对标定结果的影响。首先,建立标定模型以及转台误差模型,通过余弦矩阵将转台误差引入标定模型中,从理论上分析了转台误差对加速度计及陀螺标定精度的影响,最后进行了仿真分析。分析表明：转台水平误差对加速度计及陀螺的标定系数的影响较小,可以忽略;而转台非正交误差对加速度计和陀螺标定影响较大,特别对加速度计和陀螺安装误差系数影响较大,能够导致同量级的误差。     

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。     

海空重力仪的技术现状及新应用

海洋/航空重力测量是基于移动平台的动态相对重力测量,是指用有人测量船或飞机搭载重力仪或加速度计,来测定海面或近地空中重力加速度的重力测量方法。介绍了重力仪的应用领域,针对移动海洋/航空重力仪、海空重力仪车载试验,综合阐述了其国外、国内发展现状,指出了无人重力测量技术和深远海动态重力测量技术亟待解决的问题,分析了我国在海空重力测量领域中的发展方向。     

基于ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径.针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法.该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度.与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg.4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m.所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高.     

基于MEMS器件的弹载小型惯性测量设计与标定实验

针对弹载惯性测量装置小体积、低功耗的应用需求,研制了基于16488的弹载惯性测量装置,应用六位置正反转方法在三轴速率转台上对测量装置进行模型误差系数标定。实验结果表明,应用标定后的模型误差系数对原始输出数据进行补偿后,姿态测量精度得到大幅提高,能满足弹载姿态测量精度需求。     

原子干涉技术在惯性领域中的应用

惯性技术因其强自主性、不依赖外界信号、适应全天候等特性在导航领域备受关注,为了提升惯性导航的精度,数十年来人们在如何提高惯性传感器性能方面进行了大量的攻关工作并研制出了多种基于不同原理的惯性传感器。得益于量子效应,原子传感器能在诸如时间、加速度、转动、磁场等领域提供比现有技术更高的测量灵敏度、精度和速度。通过研制基于原子干涉技术的高精度原子惯性器件,实现重力/重力梯度数据实时补偿匹配的量子导航将是新一代高精准军用惯性导航的首选。本文简要介绍了以物质波干涉为基础的原子干涉惯性器件的原理,回顾了以原子重力仪、原子干涉陀螺为主的技术发展历程及现状,并结合我国目前在该领域的发展态势,表达了对我国原子惯性设备实装应用的迫切性。     

行人导航系统中的MEMS误差在线修正技术

在基于微惯性器件的行人导航系统中,陀螺仪和加速度计的偏移是降低系统定位精度的重要因素。传统的标定方法大多在实验室中进行,后续导航解算都是基于标定后的固定模型,然而MEMS器件长时间工作后,标定模型参数发生变化会导致系统导航性能下降。通过分析行人导航系统及MEMS器件的特点,提出了一种基于误差模型的MEMS器件参数在线修正方法。根据行人行走的特点,检测并区分行走过程中的可修正区间与不修正区间。在可修正区间基于逆向解算算法实现了对陀螺仪和加速度计零偏的在线修正,并提出了主航向反馈修正算法,提高了行人导航系统长时间导航性能。实验结果表明,40m行走实验中,系统定位精度提升了9.07%;300m行走实验中,系统定位精度提升了13.14%。     

一种提高光纤旋转系统导航精度的扰动基座对准技术

光纤旋转系统的安装误差、标度因数误差等误差参数会随着时间而改变,而惯性器件误差是导航过程中误差的主要来源,因此在系统自对准的同时对关键误差参数进行标定能够提高系统的导航性能。为了在不显著增加光纤旋转系统准备时间的条件下,结合光纤旋转系统特点,提高旋转系统的导航精度,将对光纤旋转系统扰动基座下的自对准技术进行研究。提出了一种优化改进的旋转路径和自标定自对准流程,并对旋转路径进行了可观度分析,在该旋转路径下采用了Kalman滤波算法对陀螺的安装误差、陀螺标度因数误差、加表零偏进行估计并补偿。仿真与系统试验结果表明,采用该方案后,系统速度误差有明显降低。     

单轴旋转惯导系统误差特性分析

旋转调制技术能够抑制陀螺和加速度计的误差,提高惯性导航系统的导航精度。从捷联惯导系统的误差方程出发,推到出了单轴旋转惯导系统的误差传播方程,在此基础上分析了旋转调制的基本原理。分别对陀螺和加速度计常值偏差、标度因数误差、安装误差和转台安装误差等在旋转调制下的影响进行了研究,仿真分析了旋转调制提高系统导航精度的作用,最后在实验室条件下做静止导航实验进行了验证。研究的结果能为单轴旋转惯导系统的研究和开发提供一定的理论参考。     

基于加速度计的轴系垂直度静动基座测量方法

针对目前惯导平台结构垂直度指标在使用过程中难以测量的问题,提出基于加速度计惯性测角原理的静动基座条件下的新的测量算法。其中包括静动基座条件下,由几何模型推导建立的数学模型,相应的实验方法的阐述与论证,以及实验中对上位机采集数据进行离散Kalman滤波处理。最后,建立误差模型,分析了采用该方法测量垂直度的误差来源,通过数值比较,证明了该方法能够在当前技术条件下实现所需测量精度。     

基于惯性/激光测距/视觉里程计组合的高空场景尺度误差估计方法

惯性/视觉感知信息融合导航定位技术是目前实现无人机不依赖卫星自主导航的最有效手段。但对于面向高空场景的大型无人机，惯性器件误差与视觉里程计尺度误差耦合且特征平面化导致可观测性下降。针对这一问题，提出了利用惯性/激光测距/视觉里程计组合实现尺度误差估计的方法。通过开展误差模型建立、激光测量点与图像中位置匹配、无人机平飞机动下系统可观测性分析等关键技术研究，实现了高空场景下尺度误差的精确估计。经过300m高度机载试验数据验证，算法精度优于1.5%D，对卫星拒止条件下高空无人机自主导航具有重要意义。     

绝对重力仪的发展现状及重力计量体系介绍

重力测量在国防军事、地质研究、资源勘探、地球物理、地震预报及计量科学等领域有着广泛的应用.在惯性导航系统中对惯性加速度和重力加速度进行分离,可以提高惯性导航的精度.重力加速度测量的准确性需要通过量值溯源来保证,而用于直接测量重力加速度值的绝对重力仪是重力测量量值溯源和传递的主要工具和载体.以此为背景,介绍了绝对重力仪的主要技术和发展现状,从而引出绝对重力测量和重力计量体系是整个重力测量溯源到SI国际单位制,确保其测量量值准确可靠的唯一途径.最后,简单介绍了重力计量体系以及中国计量科学研究院的相关工作.     

惯导平台加速度计静态多位置模标定方法

为克服传统的惯性平台多位置自标定法的局限性,引入了一种新的标定加速度计误差参数的方法。该方法基于变换后的加速度计输出模型,以输入加速度计的当地重力矢量为观测。仿真实验表明,当平台无转位误差时,零次项标定精度量级达到,比例因子标定精度达到1ppm以内;该方法对平台转位误差不敏感,当平台转位误差白噪声标准差为0.1°,均值小于30°时,误差参数标定结果不受转位精度的影响,降低了对平台稳定回路的控制精度要求。仿真实验还验证了方位失准角对模观测标定结果无影响。