捷联惯导与里程计组合导航系统标定方法研究

捷联惯导/里程计组合导航系统中,里程计的刻度系数和相对惯组的安装误差角的标定是影响组合导航精度的关键因素.根据工程应用情况,提出经典标定方法和卡尔曼滤波标定方法,并对两种方法进行比较.在标定出刻度系数和安装误差角后,将该数据装订到惯组中进行车载试验验证,将里程计解算的速度和位置与GPS实测值进行比较.试验结果表明:跑车...     

地形匹配修正陀螺仪误差漂移系数研究

探讨了巡航导弹在巡航直飞段陀螺仪漂移误差对导弹视加速度的影响,结合地形匹配中的巡航弹航向角偏差研究,对依靠地形匹配分离陀螺仪误差系数方案进行了可行性分析,并且利用地形匹配数据对陀螺仪误差系数进行即时修正.通过仿真计算,对网格大小不同的地形匹配区提出了地形匹配区最大航向角偏差的精度要求.结果显示对误差漂移起到了明显的修正效果,为进一步研究减小制导工具误差的途径提供了新的思路和方法.     

车载惯性定位标定的理论推导及误差分析

为了解决车载惯性定位系统误差常用的起点纬度标定计算法在安装偏差角90°附近时误差较大已不适用的问题,以及充实车载惯性定位系统标定计算的理论,首先进行了车载惯性定位系统误差标定计算的推导,证明了误差的可标定性。借鉴等角航线反解理论,得到车载惯性定位系统标定理论依据。参考中分纬度理论,推导出使用平均纬度进行简化计算的航程及航向角误差公式,将其引入惯性定位系统标定计算,提出了一种使用平均纬度代替起点纬度进行标定计算的方法,并对两种标定计算方法的误差进行了公式推导及仿真分析。仿真结果表明,使用平均纬度进行标定计算的误差明显小于使用起点纬度,在安装偏差角较大时,使用平均纬度进行标定计算可使标定计算误差降低90%。证明了提出的标定计算方法在南北纬55°、行程不超过90km时可用,高纬度、更长行程下可参照文中公式进行误差估计。     

四加速度计组合的测试方法研究

探讨了将四只加速度计在分度头上标定其误差模型系数的方法。通过推导分度头角位置误差与各加速度计输出、误差模型系数之间的关系,计算出分度头角位置误差不影响标定因子的标定精度,分度头角位置误差的二次及以上谐波成分对加速度计误差模型系数的标定结果也没有影响,即仅有角位置误差的一次谐波影响标定精度。针对分度头角位置误差进行检测,可分离出角位置误差的一次谐波,将其进行补偿后可进一步提高误差模型系数的标定精度。仿真分析验证了该测试方法的有效性。     

三浮陀螺仪沿输出轴误差系数DO的产生机理分析

目前,三浮陀螺仪误差模型包含沿输出轴的一次项误差系数DO,该误差项尚无明显的物理意义,但 DO的标定结果在0.0002(°)/(h·g)～0.015(°)/(h·g).针对三浮陀螺仪的结构特点和测试方法分析了DO的产生机理,通过调整安装误差角的试验说明安装误差角带来的天向地速和一次项分量会影响DO,因此系统在选用陀螺误差模型时,需关注由测试方法带来的误差.同时,陀螺在设计、生产和调试过程中对安装误差角的影响应予以重视.最后用统计检验的方法说明DO对误差模型的线性影响不显著,为系统选取陀螺误差模型提供依据.     

一种基于模观测法的离心机加速度计组合标定方法研究

为了实现惯性组合中加速度计误差模型系数的整体标定,提高惯性导航系统的导航精度,应用模观测法重点实现了对加速度计二次项系数的标定.应用Tylor级数对加速度模型的解进行多项式展开,利用最小二乘法求得含误差模型系数的中间变量,并给出了加速度计的二次项系数、标度因数以及零偏的计算公式.设计了20位置法对加速度计组合进行标定,通过仿真验证了该方法的有效性,并分析了安装误差角和杆臂误差对系数标定精度的影响.结果 表明,安装误差角与杆臂误差对系数标定的影响小于10-8,在实际标定过程中可以忽略.     

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。     

大航向角误差情况下飞行中对准研究

为了解决飞行器在大航向角误差的情况下进行飞行中对准的难题,将一种线性大航向角误差模型应用于飞行器飞行中对准的过程.详细推导了线性大航向角误差模型,设计了飞行器在大航向角误差情况下进行飞行中对准的卡尔曼滤波模型,并进行了数字仿真.仿真结果表明,线性大航向角误差模型应用于飞行器飞行中对准,能够很好地解决飞行器在大航向角误差情况下进行对准的难点,并给出了适合于大航向角误差模型的机动方式.最后,提出了线性大航向角误差模型在工程应用中的几点建议     

石英挠性加速度计组合温度误差补偿模型

热效应是影响捷联惯性导航系统精度的重要因素。通过对加速度计组合温度误差来源的分析,结合大量温度试验,着重分析了温度对加速度计组合安装误差角的影响。试验表明,在对加速度计刻度因子与零偏进行补偿的基础上,加入安装误差角的温度补偿之后,加速度计组合测量精度得到较大的提高,平均提高了近3倍。     

一种车载组合导航系统航向修正方法研究

针对车载组合导航系统航向误差难以修正的问题,对航向角误差可观测性进行分析,并提出一种基于加速度变化的航向误差可观测性分析的误差修正方法。首先利用分段线性定常系统(PWCS)可观测性分析法和奇异值(SVD)分析法对不同加速度变化情况下的组合导航系统航向角误差进行可观测性分析,得出航向角误差的可观测度与加速度变化的剧烈程度正相关的结论。在不同加速度变化情况下,对航向角误差的滤波估计进行仿真,总结出加速度变化过程中的收敛规律,从而提出根据加速度变化情况对航向误差进行修正的方法。最后实验结果表明,通过该方法能够有效地减小航向角误差导致的位置误差,提高导航精度。     

空天飞行器星敏感器安装误差在线标定方法

空天飞行器高动态、长航时的运动特性可能导致一体化安装的惯性/天文组合导航系统中星敏感器与惯导间产生安装误差角。设计了一种星敏感器安装误差角动态辨识方法,建立了星敏感器安装误差角模型,设计了基于天文角度观测的星敏感器安装误差角动态辨识方案,分析了不同机动飞行方式下星敏感器安装误差角的可观测度。仿真结果表明,所设计的基于卡尔曼滤波的动态辨识方法能够在飞行器机动过程中快速地对星敏感器安装误差角进行在线标定,对安装误差角的标定值可以达到实际误差值的85%以上,有效地提高了组合导航系统的精度。     

空天飞行器星敏感器安装误差在线标定方法

空天飞行器高动态、长航时的运动特性可能导致一体化安装的惯性/天文组合导航系统中星敏感器与惯导间产生安装误差角。设计了一种星敏感器安装误差角动态辨识方法,建立了星敏感器安装误差角模型,设计了基于天文角度观测的星敏感器安装误差角动态辨识方案,分析了不同机动飞行方式下星敏感器安装误差角的可观测度。仿真结果表明,所设计的基于卡尔曼滤波的动态辨识方法能够在飞行器机动过程中快速地对星敏感器安装误差角进行在线标定,对安装误差角的标定值可以达到实际误差值的85%以上,有效地提高了组合导航系统的精度。     

Installation error calibration for MEMS angular measurement system in hypersonic wind tunnel

The accuracy of model attitude measurement has an important impact on wind tunnel test results. Microelectromechanical System Inertial Measurement Unit (MEMS IMU) provides a feasible way to measure model attitudes with high accuracy. However, the installation error between MEMS IMU coordinate system and the body coordinate system of test models can make the accuracy of the model attitude measurement decrease. In wind tunnel tests, the installation error depends on the relationship between the IMU and the model mechanism before tests. Therefore, in-field calibration in wind tunnel tests is necessary to reduce installation errors. To improve attitude measurement accuracy, the least squares quaternion calibration method based on MEMS IMU and six-position calibration procedure are proposed. High-precision three-axis turntable tests are performed. The pitch accuracy after calibration is higher than that before calibration in the angle of attack sweeping tests. The Root-Mean-Square Errors (RMSE) in the roll and yaw are within 0.01°, which are smaller than those before calibration. In the roll sweeping tests, RMSE of three attitude angles decrease significantly. In hypersonic wind tunnel tests, the pitch errors before and after calibration are within 0.05° and 0.02° in the angle of attack sweeping tests without wind. In five angle of attack sweeping tests with wind, the deviation between the mean of the pitch and the pitch after the elastic angle correction is within 0.03° and the standard deviation of five tests is within 0.01°. The proposed method is confirmed to enhance the accuracy of attitude measurement effectively, which is convenient for engineering applications.     

大角度斜置激光惯组与里程计组合导航方法

针对激光惯组斜置条件下惯组坐标系相对里程计坐标系是大角度的情况,建立了两坐标系之间的转换关系,推导了里程计输出转换的安装误差补偿模型,在补偿模型基础上给出了安装误差计算公式.以惯组位移与里程计位移之差作为量测值,建立了状态和量测方程,运用Kalman滤波技术实现惯组/里程计组合导航,最后通过跑车试验对提出的惯性/里程计组合导航方法进行了验证,结果表明了该方法的有效性.     

基于平台系统的姿态角传感器测试误差机理分析

新型号惯性稳定平台系统对自瞄准和自标定精度提出了更高的要求,而平台的自瞄准和自标定都需要高精度的姿态角传感器。为了满足系统对传感器的精度要求,在硬件上面无法提高的前提下,软件的补偿是一种更好的选择,而为了进行软件误差补偿,就必须对传感器建立误差模型,而误差模型的建立需要高精度的测试方法,本文就对现有的精度测试方法进行分析,分析测试中各种因素对传感器标定精度结果的影响机理,并通过仿真验证了理论分析的正确性,为后续的传感器高精度标定及误差补偿提供依据。     

惯性平台中星敏感器安装误差标定方法研究

提出了一种基于星光/惯性平台系统中星敏感器安装误差的地面标定方法,利用高精度的星模拟器,模拟远处恒星,将星敏感器主光轴对准星光,通过测量恒星与平台台体六面体的位置坐标,经过坐标转换后,对比得到星敏感器在惯性平台中的安装误差.实验数据表明,该方法可准确测量出星敏感器在星光/惯性平台中的安装误差角,实现误差的精确标定.     

车载里程仪参数的实时标定方法

针对里程仪输出的速度(或位置增量),其参数标定误差残差是影响定位定向系统性能的关键因素,传统里程仪参数标定方法需在行车过程中设置精确标志点,且有行驶路线受限的缺点,因此提出一种基于速度量测的定位定向系统误差实时估计和补偿方法.该方法将里程仪刻度系数误差、安装误差残差纳入状态变量进行实时估计并补偿,将惯性导航系统输出的速度与里程仪输出的速度进行对比,构建量测方程.设计跑车试验对该方法进行验证,结果表明该车载里程仪参数的实时标定方法,仅需要在里程仪安装在车辆上后,导航系统做一次正常罗经对准并转惯性/里程仪组合导航模式,在车辆正常行驶过程中,即可自动标定出里程仪参数误差,具有自主、灵活简便、精度高的特点,同时提高了惯性/里程仪组合导航系统定位精度.     

基于弹道模型的磁测系统偏航干扰误差分析

常规弹丸在使用地磁算法测量滚转角的过程中,常将偏航角设为0°解算弹丸滚转角。当弹丸在飞行过程中偏航角发生变化时,滚转角解算精度受到一定影响。针对偏航角变化带来的误差与多种因素有关,且规律不清楚。在建立偏航角误差系数的基础上,使用Matlab软件建立了弹丸在不同偏航角、俯仰角、射向条件下的误差模型。首先建立了横风修正的质点弹道模型,通过蒙特卡罗方法仿真弹丸的轨迹分布,分析了弹载环境下磁测算法的滚转角误差,并验证了误差系数的准确性。通过仿真验证,误差系数可以较准确地表示滚转角误差与偏航角变化之间的关系,误差系数计算的误差与理论误差的差值小于10%,为后续实弹试验做好理论准备。     

惯导/北斗/里程计一体化紧组合导航方法研究

当前,主要通过采用惯导/卫星导航组合或者惯导/里程计组合的方式来实现 车辆的定位定向;卫星信号良好时,惯导系统与卫星导航组合实现车辆定位定向,当卫 星导航信号不好甚至没有信号无法正常工作时,惯导系统与里程计组合实现车辆定位定 向。提出一种惯导/卫星导航/里程计三者的一体化组合方案,针对惯导、北斗、里程计 这三项测量设备构成的组合系统建立了统一的误差状态模型、组合量测模型以及反馈修 正模型,并通过卡尔曼滤波器来实现三者的一体化紧组合,这种惯导/北斗/里程计一体 化的紧组合方式,能更好地实现三者信号之间的充分交流与融合。将这种一体化紧组合 方法与传统的惯导/北斗组合、惯导/里程计组合方法进行了仿真比较,结果表明：惯导/ 北斗/里程计一体化的紧组合方法能更加快速、准确得到传感器误差（ 包含惯组误差、 北斗误差、里程计误差）的在线估计,更能有效提高各传感器的测量精度。