动压转子陀螺的气动交叉耦合误差

采用动压气浮轴承转子的单自由度陀螺,如果在陀螺输出轴（即框架轴或浮子轴）方向有外加速度作用时,由于动压轴承的气动交叉耦合效应,转子在输出轴方向产生位移的同时还会在输入轴方向产生位移。这将使陀螺产生与输出轴加速度和转子轴加速度有关的漂移。由于这项漂移还具有振动整流特性,难于进行补偿,因此需要在设计、生产上加以控制。     

惯性级光纤陀螺的研制

利顿公司目前正在生产性能的１°／ｈ的光纤陀螺和以这种陀螺为基础的测量装置。光纤技术的下一个产品应用对象是用在惯性导航系统中的陀螺。这些惯性级陀螺的性能要求为０．００３°／ｈ，保证０．８ｎｍｉ／ｈ的惯性导航系统误差。     

双轴和三轴多路开环光纤陀螺

大多数测量角速率的陀螺应用需要两个或三个轴的陀螺构成一个组合。采用光纤陀螺技术的优点之一是可以低成本地设计多轴的陀螺组合,减少不必要的体积和电源调查。本文讨论了一种三轴开环光纤陀螺的设计,及静态漂移,刻度因数和噪声的测量结果。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

陀螺漂移伺服测试和连续伺服翻滚漂移系数分离

陀螺伺服测试，由于能真实的模拟陀螺在平台式惯导系统中的工作状态，而被广泛的应用，对于惯性级平台式陀螺来讲，优为如此。陀螺伺服测试主要用来测试陀螺的长期漂移性能和漂移系数分离。本文在建立双轴陀螺数学模型的基础上，设计了双轴陀螺在单轴伺服转台上进行漂移测试和极轴翻滚的试验方案；分析推导了双轴陀螺在单轴伺服条件下，陀螺漂移测试和漂移系数分离的数学模型方程。本文分析推导的结论，是进行陀螺伺服测试的理论基础。该结论也经过了单轴伺服漂移测试的实际验证，因此，在工程上具有重要的现实意义。     

激光陀螺捷联惯性导航系统动量相互影响的研究结果

目前激光陀螺捷联惯性导航系统获得了广泛的应用。为减少激光陀螺的不灵敏区域，常常使用机械机座。这种技术处理在某种程度上降低了激光陀螺的品质，如在安装有捷联惯性导航系统灵敏元件组合的机座上装置陀螺，将伴随发生一系列的问题。     

船载雷达速率陀螺动态性能检测方法

提出了利用同船装载的惯性导航系统船摇数据检测雷达速率陀螺动态性能的新方法。通过理论分析,建立了利用惯导船摇数据检测雷达速率陀螺性能的数学模型,设计了检测方法和数据处理方法,并进行了试验验证及其检测精度分析。     

快速寻北系统中基于α-β预滤波器的惯性器件斜坡漂移补偿

快速寻北系统在不同温度环境下冷启动过程中陀螺和加速度计输出的斜坡漂移及其斜率的逐次启动随机性影响了快速寻北精度。以激光陀螺快速寻北系统为研究对象,设计的α-β预滤波器在粗对准阶段即可收敛,可对陀螺和加速度计输出数据的漂移特性进行实时滤波估计与补偿,其带宽不对基座扰动引起的数据波动特征造成影响,有效消除了精对准过程中陀螺和加速度计斜坡漂移的影响。实验结果表明,激光陀螺快速寻北系统经α-β预滤波后冷启动寻北精度得到显著提高。     

基于综合指标的最优冗余陀螺配置确定方法

陀螺是航天器控制系统中的关键姿态敏感器,其主要采取冗余措施进行配置。针对航天器控制系统设计中如何进行陀螺冗余配置的问题,提出了一种确定最优冗余陀螺配置的方法,该方法综合考虑了系统的可靠性、精度、成本代价等综合指标。首先,以工程中普遍采用的陀螺斜置式为对象,系统性给出了陀螺斜置式的安装结构,并以测量误差最小为目标确定出确定安装数目下的最优陀螺冗余安装结构。其次,结合实际工程经验对陀螺冗余配置的综合性能指标进行详细系统的分析。然后,利用优化评价方法以综合指标为基础对不同安装数目下的陀螺冗余安装结构进行综合评价,确定出陀螺冗余配置的最优安装数目,即最优冗余陀螺配置。最后,利用该方法对实际工程中的斜置式陀螺冗余配置进行分析和计算。结果表明,当陀螺的安装数目为7时为最优冗余配置,该结论对实际工程具有理论指导作用。     

微型战术陀螺——低成本陀螺的替代物

固态光学陀螺的优势正受到一种新型的旋转质量装置的挑战，这种较低成本的器件具有良好的低噪声漂移及高可靠性的性能。微型战术陀螺是一种性能优良的双轴陀螺，它采用先进的旋转质量装置的技术，以建立新的低成本标准。它具有不不带挠性支撑系统的调谐转子陀螺的低噪声性能。综合了球形动压气浮轴承及三轴永磁直流电机和力矩器的优点，设计成动态范围大于１０＾７的微型双轴陀螺。本文介绍了该设计及验证这种低成本下一代速率陀螺性     

机抖激光陀螺捷联系统动力学建模及结构动特性设计方法

机抖激光陀螺捷联系统普遍采用抖频偏频技术消除闭锁效应的影响,这使得激光惯导成为自带激励源的动力学系统,动力学系统结构参数的设计将影响陀螺抖动效率和陀螺测量精度。在陀螺抖动驱动力条件下,建立了包含激光惯导箱体、惯性测量本体、陀螺、减振器、抖轮在内的较为完整的动力学模型,给出了该模型的解答过程和Matlab仿真计算结果,讨论了不同结构参数对抖动效率及惯导精度的影响规律,并在此基础上提出了激光惯导结构基于动特性设计的原则和方法。经验证,该方法能够有效指导结构转动惯量等参数设计,提高了设计质量,有效避免了激光惯导由结构设计不足而导致的动力学问题。     

Periodic Error Compensation for Quartz MEMS Gyroscope Drift of INS

In order to improve the navigation accuracy of an inertial navigation system （INS）, composed of quartz gyroscopes, the existing real-time compensation methods for periodic errors in quartz gyroscope drift and the periodic error term relationship between sampled original data and smoothed data are reviewed. On the base of the results, a new compensation method called using former period characteristics to compensate latter smoothness data （UFCL for short） method is proposed considering the INS working characteristics. This new method uses the original data without smoothing to work out an error conversion formula at the INS initial alignment time and then compensate the smoothed data errors by way of the formula at the navigation time. Both theoretical analysis and experimental results demonstrate that this method is able to cut down on computational time and raise the accuracy which makes it a better real-time compensation approach for periodic error terms of quartz micro electronic mechanical system （MEMS） gyroscope＇s zero drift.     

Integration of GPS and low cost INS for pedestrian navigation aided by building layout

In outdoor environments, GPS is often used for pedestrian navigation by utilizing its signals for position computation, but in indoor or semi-obstructed environments, GPS signals are often unavailable. Therefore, pedestrian navigation for these environments should be realized by the integration of GPS and inertial navigation system （INS）. However, the lowcost INS could induce errors that may result in a large position drift. The problem can be minimized by mounting the sensors on the pedestrian＇s foot, using zero velocity update （ZUPT） method with the standard navigation algorithm to restrict the error growth. However, heading drift still remains despite using ZUPT measurements since the heading error is unobservable. Also, tbot mounted INS suffers from the initialization ambiguity of position and heading from GPS. In this paper, a novel algorithm is developed to mitigate the heading drift problem when using ZUPT. The method uses building lay- out to aid the heading measurement in Kalman filter, and it could also be combined for the initial- ization. The algorithm has been investigated with real field trials using the low cost Microstrain 3DM-GX3-25 inertial sensor, a Leica GS10 GPS receiver and a uBlox EVK-6T GPS receiver. It could be concluded that the proposed method offers a significant improvement in position accuracy for the long period, allowing pedestrian navigation for nearly40 min with mean position error less than 2.8 m. This method also has a considerable effect on the accuracy of the initialization.     

基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究

传统惯性辅助GNSS欺骗信号检测方法对小于纯惯导误差漂移的逐步拉偏不敏感。针对这一问题,提出了一种基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗信号检测方法。基于短时间内纯惯性导航结果和短时间惯导系统位置误差传播模型,利用惯导提供的位置和速度对伪距和伪距率时间序列进行预测估算,并结合伪距、伪距率实际测量结果,分别构造位置/伪距和速度/伪距率时间序列模型做参数拟合。基于真实信号得到的模型参数都是由惯导系统误差造成的,具有一致性;而基于逐步诱导式欺骗信号得到的模型参数还与欺骗策略的设定、载体飞行轨迹的观测以及干扰源的位置有关,具有不一致性。通过对比模型参数可判别欺骗信号的存在,对于真实信号,采用紧耦合组合导航修正INS输出;对于欺骗信号,继续惯性导航并采取相应措施。最后,根据逐步诱导式欺骗原理进行实验仿真,验证了算法的可行性和有效性。     

机载双轴旋转调制激光惯导系统误差特性及关键技术分析

在未来作战环境下,长航时远程作战飞机对全自主长航时高精度导航系统提出了迫切的需求,对提高作战能力起着重要作用.对比各种导航手段,其中双轴旋转调制激光惯导系统是目前唯一一种可行的全天候全自主高精度导航手段,从双轴旋转调制惯导系统的原理出发,对双轴旋转调制激光惯导系统机载应用的误差特性及关键技术进行深入分析,结果表明:对于1n mile/12h的导航精度,双轴旋转调制惯导系统较捷联惯导系统对陀螺漂移精度要求降低一个数量级,关键技术实现方案合理可行.     

减小双轴旋转惯导中陀螺仪随机漂移影响的方法研究

针对双轴旋转惯导惯性器件的随机误差无法在导航过程中自动进行补偿的问题,提出优化的两位置重调(TPR)的方法来补偿系统的随机误差导致的方位和位置误差,以提高双轴旋转惯导的长航时精度.与传统两位置重调(CPR)方法相比,使用优化的误差传递方程的两位置重调的方法,可以在少于6h条件下估计出系统的方位误差,从而使得系统的位置精度和方位精度都得以极大的提高.根据惯性器件的随机误差导致的方位误差的特性,建立了TPR的误差模型.通过仿真,证明了该方法的有效性.     

Design and Development of a Real-Time DSP and FPGA-Based Integrated GPS-INS System for Compact and Low Power Applications

Emphasis of the present work is on an elegant real-time solution for GPS/INS integration. Micro-electro mechanical system (MEMS) based inertial sensors are light but not accurate enough for inertial navigation system (INS) applications. An integrated INS/GPS system provides better accuracy compared with either INS or GPS, used individually. This paper describes an improved design and fabrication of a loosely coupled INS-GPS integrated system. The systems currently available use commercial off-the-shelf (COTS) hardware and are, therefore, not optimized for compact, single supply, and low power requirements. In the proposed system, a digital signal processor (DSP) is used for inertial navigation solution and Kalman filter computations. A field programmable gate array (FPGA) is used for creating an efficient interface of the GPS with the DSP. Direct serial interface of the GPS involve tedious processing overhead on the navigation processor. Therefore, a universal asynchronous receiver transmitter (UART) and dual port random axis memory (DPRAM) are created on the FPGA itself. This also reduces the total chip count, resulting in a compact system. The system is designed to give real time processed navigation solutions with an update rate of 100 Hz. All the details of this work are presented.     

一种新的高精度天文导航方法

介绍了一种新的高精度天文导航方法,该方法构建了在天球坐标系中的天文导航姿态与航向解算模型。该模型在不利用惯导姿态数据的前提下进行计算,通过构建的模型演变得到运载体的精确姿态及航向,可以有效校正惯导设备因惯性陀螺漂移而导致的姿态误差与航向误差。     

车载捷联惯导与里程计组合导航技术研究

惯导的误差随着时间增长是积累的,可采用里程计辅助捷联惯导构成纯自主的车载组合导航系统.利用捷联惯导的速度和里程计测量的速度之差作为观测量,通过卡尔曼滤波技术校正惯导的导航参数,可以有效地抑制惯导误差的积累,提高导航参数的精度.本文推导了组合导航系统的模型,从理论上用特征值方法分析了系统的可观测度,进而设计轨迹进行了仿真...     

Fuzzy corrections in a GPS/INS hybrid navigation system

A new concept regarding GPS/INS integration, based on artificial intelligence, i.e. adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) is presented. The GPS is used as reference during the time it is available. The data from GPS and inertial navigation system (INS) are used to build a structured knowledge base consisting of behavior of the INS in some special scenarios of vehicle motion. With the same data, the proposed fuzzy system is trained to obtain the corrected navigation data. In the absence of the GPS information, the system will perform its task only with the data from INS and with the fuzzy correction algorithm. This paper shows, using Matlab simulations, that as long as the GPS unavailability time is no longer than the previous training time and for the scenarios a priori defined, the accuracy of trained ANFIS, in absence of data from a reference navigation system, is better than the accuracy of stand-alone INS. The flexibility of model is also analyzed.