一种小型弹载混合式光纤惯导系统设计

为解决混合式惯导在小型弹载惯导系统的应用问题,在论述混合式惯导技术特点的基础上,提出小型弹载混合式惯导系统所涉及的三项关键技术：小型化设计技术,抗振动高可靠锁紧技术和基于降维Kalman滤波的抗扰动自标定技术。重点对第三项技术提出具体的技术方案和实现途径。在建立惯导误差模型的基础上,根据姿态精度因子(ADOP)可观测度设计出混合式惯导系统的自标定流程,进行了卡尔曼滤波的降维处理和抗干扰观测量设计。开展了原理样机的标定试验、力学环境试验和导航精度试验工作,试验结果校验了技术方案的可行性和自标定算法的正确性,为其在小型战术导弹中的应用提供了工程借鉴。     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

高精度惯性平台连续自标定自对准技术

提出了一种新的惯导误差系数标定方法——连续自标定自对准方法。利用外部参考力矩驱动平台按照一定角速度旋转，在平台加矩角速度、地球自转角速度和重力加速度的影响下，惯导平台的加速度表输出包含陀螺误差系数、加速度表误差系数、平台对准误差以及陀螺和加速度表的安装误差等全部误差信息，并由此得到平台失准角动态方程与加速度表的输出方程。在设计的平台连续旋转轨迹下，使用迭代Kalman滤波获得了全部平台误差系数的精确估计。与传统的多位置翻滚标定方法相比，该方法标定时间短，标定精度高，系统误差参数估值具有良好的收敛性。     

捷联惯导系统的两种系统级标定方法研究

针对现有捷联惯导的标定方法标定误差大,且部分参数的可观测性较差的问题,本文根据观测量的不同设计两种系统级标定方案,在误差传播模型的基础上,重新推导建立捷联惯导系统的系统级标定模型,分别建立以“速度误差”为观测量的24维大系统标定模型和以“速度误差+姿态误差”为观测量的12维降维标定模型,并设计不同的标定路径。仿真结果表明,两种标定方案都有较高的标定精度,且优势互补,能在不同的标定环境下配合使用。     

一种用于机载导弹动基座传递对准精度分析的工程方法

提出了一种在不具备精确标定设备的试验条件下,分析动基座传递对准精度的工程方法。基于传递对准的安装误差角滤波估计结果,修正子惯导的初始姿态,并重新进行子惯导的导航解算。通过比较初始姿态修正前后子惯导的导航误差,分析对传递对准的精度。对试验数据的处理结果表明:用该法进行子惯导的导航解算,所得速度和位置精度大幅提高。     

微型惯导系统在余度配置时的转动标定技术研究

余度技术是提高惯性导航系统性能的一种重要手段。对微小型惯性组合导航系统中的惯性传感器多余度配置技术进行了研究,开发了MEMS惯性器件构成的微型余度配置惯导系统,分析了微小型惯性组合导航系统的特点和误差特性,并经过测试分析,建立了惯性传感器的误差模型。针对余度配置系统静态标定精度低的问题,提出了六位置转动标定算法,该算法只需要一个单轴速率转台就可以标定出IMU误差参数,并对采用低精度陀螺的惯性系统标定具有通用性。经过实际系统测试分析,误差补偿后的微型余度配置惯导系统的系统导航精度明显提高,验证了算法的有效性。     

一种捷联惯导系统加速度计时间延迟参数标定方法

针对光学陀螺捷联惯导系统(SINS)中石英挠性加速度计相对光学陀螺仪低频输出相位特性不一致引起的时延问题，研究了一种加速度计时间延迟参数标定方法。在滚转角运动环境下，对影响导航速度的初始对准误差、加速度计测量误差和陀螺仪测量误差进行了详细分析，建立了各个误差源与导航速度误差的关系式；结合50型激光捷联惯导系统的精度指标和滚转轴“指北”条件，对导航速度误差方程进行优化，实现时间延迟参数的标定和补偿。通过数学仿真校验了标定方案的可行性，作为后续深入研究的基础。     

惯导平台误差快速自标定方法研究

针对惯导平台误差系数标定问题提出了一种平台连续旋转条件下的误差系数自主标定方法.建立了基于框架角动力学方程的平台连续翻滚模型,平台旋转时,系统的框架角和加速度计输出包含了陀螺仪、加速度计的全部误差.利用李导数及输出灵敏度理论全面分析了连续翻滚路径下惯导系统的可观测性.提出了一种结合传统多位置试验的平台连续翻滚自标定方案.仿真结果表明该方案可以在较短的时间内完成平台系统误差系数的高精度标定.     

三轴转台误差对光纤捷联惯组陀螺标定精度的影响

研究了利用三轴转台标定时,转台不水平度、不正交度、定位精度和惯组与转台坐标系不重合度对光纤捷联惯组中陀螺标定结果的影响。基于更符合工程实际的陀螺组合标定模型,用四元数法建立了转台误差模型,推导了误差传递途径,定量分析12位置法、多速率点速率法标定编排方式下的陀螺标定误差。研究和仿真发现:陀螺零偏误差基本与陀螺测量误差为同一量级,安装系数误差基本与转台不正交度与定位精度的和为同一量级。     

基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算研究

基于旋转导弹的原设计,在旋转弹消旋平台上安装两轴框架,将红外探测光轴固定于框架上,采用微型惯组固连于红外探测光轴的底端以简化旋转弹导引头结构与多模复合设计,对基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算方法进行了研究,以实现导引头搜索至截获目标期间的姿态和位置的解算。给出了消旋平台和惯组的总体设计,采用引入框架码盘和消旋平台数据的方法,正确解算出此阶段导航信息,确保弹体的平稳准确飞行。建立了引入框架码盘误差后的位置姿态解算模型及流程。理论推导了框架转换定位与姿态及其相应误差。在两轴转台上用实物导引头验证了算法的正确性。对误差补偿设计和惯组精度需求进行了量化分析与验证。结果表明:陀螺漂移量控制在0.1(°)/s以内,初始姿态角误差控制在0.2°以内,探测器指向误差可达到半视场优于0.2°;加速度计误差控制在0.1m/s~2以内,码盘误差控制在0.04°以内,惯导定位误差在10s内可保证小于10m。该结论对此类旋转弹的后续发展有重要的参考意义。     

光学捷联惯组系数基准一致性转换方法的研究

阐述了检查惯组参数稳定性传统方法的局限性以及光学捷联惯组标定参数的物理含义,然后推导了将传统标定参数转换到与惯组固联的正交坐标系的方法.对于解决检查参数稳定性时惯组各次标定参数基准不一致问题具有积极的指导意义.     

惯测组合自标定测控单元设计与实现

惯测组合存在一定的性能保持期,传统使用方式是将惯测组合单独贮存并定期进行标定测试,且需要专用测试设备和测试场地。基于DSP控制器的惯组自标定测控单元采用了DSP控制、CAN通信协议设计、纠错容错处理以及工作模式识别等多项技术,为惯测组合实现快速自动化标定提供了新的解决方案,为灵活实现自标定流程编排和状态监测,缩短标定测试时间(由传统1.5h缩短至0.5h),以及实现武器系统免拆卸和一键式自动化测试提供了重要技术保障。     

捷联惯导加速度计尺寸效应误差建模及其标定

高动态条件下,加速度计（简称加计）的尺寸效应将成为捷联惯导系统精确导航的重要误差源。这个误差源于加计组合中三个加计振动中心（有效的加速度测量点）的不重合。从几何角度对加计尺寸效应误差进行了建模。设计了三类基于精密三轴速率转台的加计尺寸标定方案,即匀角速度旋转、匀角加速度旋转和正弦角加速度旋转方案。以旋转过程中捷联惯导系统的速度输出作为量测,利用Kalman滤波器可以实现对加计尺寸系数的有效估计。利用分段定常系统可观性分析方法研究表明,三类旋转标定机动均能使系统状态完全可观测。仿真结果证明了三类标定方案的有效性,而以匀角速度旋转方案估计过程最平稳,以正弦角加速度旋转方案估计精度最高。     

惯导系统可观测性及最佳可观测子空间的定量研究

应用结构分解理论及奇异值分解法对惯导系统（INS）误差模型的可观测性进行了全面分析。研究了一种基于可观测性定义及奇异值分解法结合的定量确定惯导系统可观测性及可观测度的方法，明确了惯导系统的三个最佳不可观测状态组合；应用线性控制系统的Kalman典范结构分解定理，确定了惯导系统的最佳观测子系统。此项研究成果，为进一步研究INS的快速精确对准及标定技术奠定了理论基础。     

混合式惯导原理及其在弹载环境下应用

在介绍混合式惯导技术起源与发展、工作原理、误差抑制机理以及影响因素的基础上,从工程应用的角度,对弹载环境的特点及其在弹载应用中关注的导航策略、动态响应特性以及稳定控制技术等内容进行了分析,为后续工程应用奠定基础。     

基于未知地标被动观测的弹群INS定位误差协同修正方法

针对弹群协同编队飞行中,编队成员单独使用惯导系统（INS）时存在定位误差发散的问题,基于相同性能的多套INS在相同环境下工作时,其误差近似呈零均值高斯分布这一特性,提出了一种利用成像导引头对航路上任一未知地标被动观测的弹群INS定位误差协同修正方法。首先,融合弹群中各枚导弹相对于地标的视线角量测信息及INS位置量测信息,利用最小二乘思想对未知地标进行协同定位;然后,基于估计得到的地标位置,利用各枚导弹相对于地标的视线角和方位角速率量测信息及INS速度量测信息,反过来修正弹群中各枚导弹的INS定位误差。最后,仿真验证了方法的有效性。     

延长捷联惯组稳定期的方法研究

针对捷联惯性测量组合(简称捷联惯组)稳定期较短的问题,在工具误差对导弹落点精度影响分析、稳定性分析以及统计分析的基础上,提出通过验前信息建模预测与射前标定相结合的方法来延长捷联惯组的稳定期。弹道仿真结果表明这一方法能够在导弹命中精度不受影响的情况下,延长捷联惯组稳定期,减少惯组的测试次数,提高其使用性能,具有良好的工程应用前景。     

提高捷联惯组使用精度的方法研究

针对导弹武器捷联惯组使用精度不高的问题,提出了通过射前标定和误差系数补偿修正技术 来提高其使用精度。不借助任何外部工具,完全依靠导弹自身提供的信息,射前标定11个误 差系数,利用单次通电特性及等效补偿和落点偏差二次修正技术来减小落点偏差。弹道仿真 结果表明,射前标定方法结合误差系数补偿修正技术能够有效地提高导弹的命中精度。
     

捷联惯导系统内杆臂补偿方法及试验验证

在实际捷联惯组中,三只加速度计的比力测量对应于不同的点位置,如果直接作为捷联惯导算法的输入,角运动条件下会引起导航误差。对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑内杆臂效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量,建立了加计组合内杆臂补偿的一般模型方程。针对激光捷联惯性组合,设计了简便的试验方法用于辨识内杆臂参数,高强度的摇摆试验表明内杆臂补偿有效地提高了导航精度,速度误差降低达77%以上。       

导航离线复算中的零点偏差估算方法

为了验证弹上导航计算方案的正确性,需要研究遥测零点与弹上零点的一致性问题。通过视加速度建立零点偏差与导航速度偏差的关系式,给出一种基于导航方程的零点偏差估算方法。以某平台式惯导系统为例,给出具体的导航计算过程,包括视速度补充计算、工具误差补偿计算和发射惯性系导航计算。基于试验数据的计算结果表明,本文方法能够有效估算出遥测与弹上之间的导航零点偏差,对离线导航计算结果进行补偿后与弹上导航计算结果趋于一致,从而验证了弹上导航计算方案的正确性。