高精度惯性导航系统发展研讨会第一轮通知

惯性导航系统作为飞行器的基本导航方式得到了广泛应用,现有的平台式和捷联式惯性导航系统较好地满足了诸如导弹、火箭等飞行器自主导航的需求。但随着新一代飞行器对高精度、高可靠、智能化等更加严苛的要求,惯性导航系统在应对这些挑战的同时也面临着难得的发展机遇。长航时高精度需求一方面要抑制导航误差的随机漂移,另一方面可以通过补偿系统性误差来实现;长时间热待机需求则对系统稳定性和漂移规律的认识提出了更高的要求;飞行器智能化需求从控制系统总体角度出发在线优化轨迹以获得对惯性导航系统的最佳激励或误差规避。这些应用需求的牵引必将给高精度惯性导航系统的发展带来深远影响。     

捷联惯性导航系统高精度动态仿真算法

由于飞行器动态模型航迹生成算法与惯性导航系统算法原理存在差异,无法直接仿真分析惯性传感器不同误差特性对惯性导航系统动态性能的影响.基于飞行器动态模型航迹数据,提出一种捷联惯性导航系统高精度动态仿真实现方法,设计了惯导参数动态计算误差并行补偿方案,实现了对导航系统动态仿真过程中导航参数计算误差的有效分离.在搭建的仿真平台上,有效验证了所提出仿真方法的性能,为实际惯性传感器选型和指标选择提供支撑.     

高动态环境下惯导高阶姿态算法研究

为满足高超声速飞行器的高动态特性对捷联惯性导航系统的导航精度提出的更高要求,在分析高超声速飞行器高动态运动频谱特性的基础上,研究了高动态环境下的捷联惯导高阶姿态积分算法。通过高超声速飞行器运动特性仿真,对比分析了不同阶次姿态积分算法对捷联惯性导航系统精度的影响。仿真结果表明,在高动态环境下,采用高阶姿态积分算法能有效提高捷联惯导导航精度。     

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。     

捷联式惯导系统动态误差特性研究

根据载体运动状态下捷联惯性导航系统(SINS)的误差方程时变的特点,推导出捷联惯性导航系统动态误差模型,并对其在几种动态环境下的误差特性进行了仿真研究。     

浅谈陀螺仪的特点以及零次项误差的产生和计算方法

本文主要论述了两个问题。第一、飞机、火箭等飞行器的转动运动的测量。目前广泛利用了陀螺仪，或以陀螺仪为核心的惯性导航技术。文中简单概述了陀螺仪的分类及基本特性，特点介绍了平台式惯性导航系统的工作原理。第二，静压液浮陀螺仪零次项误差浅析。文中阐述了静压液浮陀螺仪的工作原理及结构、特点、建立了运动方程，并分析了零次项误差的产生、来源及计算方法，最后指出：零次项误差是不可避免的，但我们可以力争减小各种干扰力矩，使超差控制要求的范围之内，从而提高了陀螺仪的使用精度。     

二频机抖激光陀螺单轴旋转惯导系统阻尼技术研究

为降低单轴旋转惯导系统输出的振荡误差,提高系统导航精度,本文立足于平台式惯导系统阻尼的基本原理,将阻尼技术推广到捷联惯导系统中,推导了捷联惯导系统阻尼解算算法,进行了二频机抖激光陀螺单轴旋转惯导系统纯惯性导航试验,以及外速度水平阻尼和外速度全阻尼离线仿真实验。结果表明,和纯惯导相比,外速度水平阻尼网络能够有效地消除系统舒勒周期振荡误差,最大速度误差由1.2m/s减小到0.28m/s,最大位置误差也由1.2nm减小到0.8nm。外速度全阻尼网络能够同时消除舒勒周期振荡误差和地球周期振荡误差,最大位置误差由1.2nm减小到0.62nm,有效地提高了系统的输出精度。     

速率方位惯性导航系统

本文提出一种把平台式和捷联式惯导系统结合在一起的新的惯性导航系统。在该系统中使用的速率方位平台没有方位稳定回路、方位坐标分解器及同步器。平台和运载器的方位角是根据由水平环架支承的方位速率陀螺讯号借助积分运算得到的。这种惯导系统适用于运输机、飞航式及弹道式导弹等不作大角度俯仰机动的运载器。文中叙述了方位速率平台的工作原理、力学编排方程、初始对准的特点以及陀螺漂移的标定和补偿;同时对各主要误差源所引起的姿态、速度和导航定位误差的传播特性进行了模拟计算。在结论中指出:平台的结构简单、体积小、重量轻、可靠性好、可对方位陀螺的漂移进行标定和补偿是其独特优点。另外,如果利用专门的光学系统,配合已知地标的方位角和纬度,不仅能够实现快速对准,而且还可进行水平陀螺的标定和补偿。     

舰载光纤陀螺捷联惯导系统传递对准技术研究

本文提出了基于中高精度光纤陀螺捷联惯性导航系统传递对准设计方案,以"速度"+"姿态"为量测量,建立了卡尔曼滤波器误差模型和系统观测模型,完成了传递对准算法设计.通过仿真和船载动态试验,验证了传递对准方案可行性;船载试验结果表明光纤陀螺捷联惯导系统传递对准精度较高,技术指标满足工程应用要求.     

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。     

Ground Testing of Inertial Navigators to Improve Dynamic Performance

A ground testing method has been devised to evaluate the dynamic errors of an inertial navigation system. A trimmed stationary inertial system in the navigation mode can be subjected to programmed platform orm drift rates, and generate position outputs which are compared with those of a perfect navigator. The linearized error equations for this testing mode are derived and the resulting position error propagation is analyzed using Kalman filtering in order to identify the error sources. A simulated platform with a fixed set of error sources is analyzed to evaluate this testing concept. An example is presented to show that the gyro and accelerometer scale factor and misalignment error coefficients can be estimated.     

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。     

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.     

Accurate INS Transfer Alignment Using a Monitor Gyro and External Navigation Measurements

A particular alignment mechanization for a nonmaneuvering vehicle is described which uses a monitor gyro to estimate the slave inertial navigation system (INS) equivalent east gyro drift rate and thus improves azimuth alignment. A state-space model of the dynamic system with measurements is developed. Results of covariance simulations employing Kalman filter estimation are presented for two master INS position update scenarios, one involving frequent and very accurate updates and the other including infrequent and coarse updates. The ef fects of position updates and the monitor gyro on the quality of transfer alignment are demonstrated and analyzed.     

一种基于实测飞行轨迹的惯导误差分析方法研究

针对传统蒙特卡罗仿真方法用于惯导误差分析时计算量大且参数调整不便的问题,提出了采用Kalman滤波的状态均方误差预测公式结合惯导误差传播方程进行误差协方差分析的新方法。该方法将惯导总误差分解为各种不同误差因素的线性组合,且各误差因素之间是相互独立的,误差计算和参数调整都非常简单方便。以一组实测飞行轨迹数据为例,利用所提协方差分析方法进行误差分解,并将结果以多种形式直观展示,显示了新方法在误差分配和精度评估中的优越性。     

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。     

鲁棒EKF在脉冲星导航系统中的应用

针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和状态估计方差矩阵计算等式。由于系统模型存在不确定性参数,状态预测协方差矩阵和状态估计协方差矩阵无法计算;因此,利用4个重要矩阵不等式,分析并找到预测方差矩阵和状态估计方差矩阵的上界。最后,利用状态估计误差协方差矩阵上界设计状态增益矩阵,使得状态估计协方差矩阵的迹最小。将该算法对脉冲星导航系统进行仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

Spectral Analysis of Optimal and Suboptimal Gyro Monitoring Filters

Gyro monitoring filters are used to estimate and correct gyro drift rates of local-level inertial navigation systems. Conventional gyro monitoring filters are usually designed based on a simplified model of gyro drift rate. Furthermore, the effectiveness of these filters-and of many filters of the "Kalman" type-is often measured in terms of the root mean square (rms) criterion in contrast to the spectral content criterion typical of classical Wiener filtering theory. This paper has two objectives: to propose a gyro monitoring filter which is based on a more detailed model of gyro drift rate; and to propose a method of filter performance evaluation which uses as criterion a measure of the spectral content of the error process. The proposed gyro monitoring filter is shown to have improved spectral contents resulting in superior navigation performance for the gyro error models used in the calculations (comparable to commercial-grade aircraft gyros).     

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。