船用惯导系统的发展综述

从1852年傅科提出陀螺仪的概念到今天,陀螺技术走过了158年的历史。船用惯导设备也经历了从陀螺罗经到平台惯导再到激光捷联惯导系统的逐步演化的过程。本文综述了船用惯导设备的发展历程,总结了发展特点,为我国船用惯导系统的进一步发展提供了一些启示。     

一种基于实时物理闭环校正的空中动基座对准方法

提出了一种基于实时物理闭环校正的平台惯导空中动基座对准方法.该方法利用卡尔曼滤波实现惯导误差的实时估计,根据最优二次型准则设计反馈控制进行惯导平台的实时闭环物理校正,有效保证了对准精度.经机载试验,平台惯导空中动基座对准后,导航精度大幅提高.     

平台惯性导航位置更新中的改进算法研究

平台惯导系统由于其精度高的优势,在成熟的军用武器和航天设备中仍占有较高比重。导航计算机的运算能力是影响平台惯导实时性和精度的重要因素。本文对比分析了单、双精度浮点处理器计算特性,研究了其对平台惯导导航计算精度的影响;在此基础上,为提高单精度浮点处理器下平台惯性导航精度,提出了将经纬度分解成全量、大量、小量进行运算的改进计算精度的方法,从导航计算原理角度推导了导航计算中经、纬度的改进计算方法。仿真结果表明：改进后的平台惯导计算算法在单精度浮点处理器下,可以在保证运算实时性的同时,有效提高平台惯导精度,水平定位精度提高两个数量级。     

某型飞机惯导主平台故障影响备平台无显示问题的分析

针对某型飞机主惯导平台故障后备份惯导平台无法正确显示信息的故障进行了分析,找出了故障原因,并提出了解决方案。     

基于PC/104嵌入式计算机的惯导模拟器设计

在介绍飞机任务系统训练模拟器原理的基础上,阐述了基于PC/104嵌入式计算机的飞机惯导模拟器的研制方案,给出了模拟系统的硬件电路框图和软件程序结构图,并与飞机任务系统训练模拟器进行了组网导航训练测试,测试结果显示该模拟系统性能稳定,简单可靠,满足设计要求。     

加表量化精度对惯导平台误差系数辨识的影响

通过采用加表的输出以及由离心机半径、角速度、角位置所确定的向心加速度输入作为观测量的辨识方法,结合惯导平台的误差模型,仿真分析了加表量化精度对惯导平台误差系数辨识结果的影响。结果表明,加表量化精度越高,惯导平台误差系数的辨识精度越高。     

主惯导速度误差短周期波动对子惯导传递对准影响分析

随着激光陀螺技术的发展,旋转调制式激光陀螺惯性导航系统逐渐成为舰载主惯导系统,舰载机、舰载武器系统需要旋转调制式激光惯导系统提供的姿态、速度和位置信息进行对准,即主子惯导的传递对准。由于旋转调制式系统中的姿态、速度和位置具有随旋转的短周期波动问题,势必会影响对准时间较短的子惯导对准精度。为了保证传递对准的快速性,一般采用速度匹配方法。定量分析了主子惯导传递对准过程中主惯导速度误差短周期波动对子惯导系统对准精度的影响,首先进行了数字仿真,之后利用双轴激光陀螺惯导、纯捷联光纤陀螺惯导数据进行了半实物仿真,验证了主惯导速度误差的一次项系数与子惯导初始对准水平姿态误差呈线性关系,二次项系数与子惯导初始对准航向误差呈线性关系。     

卡尔曼滤波在某型组合导航系统模拟器中的应用

为提高某型GPS／INS组合导航系统模拟器模拟数据的真实性和飞行软件包、GPS模拟器、组合导航系统模拟器三者交联的有效性,在该模拟器中设计了卡尔曼滤波器。文中在介绍模拟器工作原理的基础上,建立了GPS／INS位置与速度组合方式下的卡尔曼滤波器的状态方程和量测方程,用U-D分解法建立了卡尔曼滤波方程,给出了纯惯导及组合后系统的位置与速度误差仿真曲线,并对仿真结果进行了系统测试,最后与其它模拟器进行了组网导航训练测试。     

综合导航系统信息融合模拟仿真平台设计CSCD

为解决综导系统的信息融合问题,设计了一种新型的综导系统信息融合模拟仿真研究平台。平台包括综导信息融合模拟评估导调台、惯性类导航设备模拟器、非惯性类导航设备模拟器、综合导航模拟器、电子海图系统和数据分析服务器六大模块。导调台采取一种新的船舶运动参数发生器模拟生成多种海况条件下船舶运动参数;综合导航模拟器采取多种融合算法并行运行方式,以方便比较不同算法的性能;数据分析服务器采用高性能计算机模拟公共计算环境,可研究适应未来船舶软硬件计算资源的信息融合方法。系统测试表明,基于平台的导航信息融合流程和效果满足要求,所设计的平台系统功能正常,可直接用于舰船信息融合算法的设计、分析、测试评估等工程研发工作。     

一种速度匹配动基座传递对准的方法

介绍了一种速度匹配的动基座传递对准的方法。主子惯导均采用平台系统的指北导航方式,推导了平台对准误差方程,利用主子惯导的速度差信息构建控制回路对子惯导平台的水平失准角进行反馈修正,同时用卡尔曼滤波器估计出方位失准角,从而实现子惯导的初始对准。建立了相应的模型,对该传递对准方法进行了仿真验证,在仿真时考虑了杆臂效应的影响,加入了杆臂效应的算法补偿机制。仿真结果数据跟理论推导基本吻合,验证了方法的可行性。     

舰载捷联惯导数字仿真器的设计与研究

针对舰载惯导系统在边界工作条件尤其是极地地区性能评估存在实时输出数据难度大的问题,以舰艇的运动特性为依据,建立舰艇的运动学模型和惯性器件的数学模型,设计了一种舰载捷联惯导系统数字仿真器,实现了在不同的航行状态、不同的海况条件,以及不同的惯性器件精度条件下惯导系统的实时仿真,仿真输出的数据在虚拟多功能显示器以文字和曲线的形式显示。结果表明,该仿真器能灵活的模拟各种导航参数,有助于突破舰载导航系统性能评估受试验海域和试验载体等因素限制的局限性,可以为研究边界工作条件下惯导系统性能提供试验依据。     

虚拟仪器技术在捷联惯导系统软件测试中的应用

介绍了一种采用虚拟仪器技术设计的综合控制显示系统仿真器，并将该仿真器应用于捷联惯导软件的测试。该仿真器不仅可以让测试人员实时观测系统数据，同时也能验证系统的底层通讯功能，而且可以为以后整个系统的联试作为一个比较基准。该仿真器已应用于国内某型捷联惯性导航系统的软件测试中。     

惯性导航系统仿真试验研究

惯性导航系统是通过测量加速度自动推算飞机速度和位置数据的自主式导航设备,其作用是保证飞机按预定的航线飞行,准确地抵达目的地。在航空电子设备试验中,采用惯导仿真器可以减少测试的复杂性,而且还能获得更好的动态效果。本文介绍了惯导系统功能控制逻辑和显示画面的验证方法,同时还介绍了仿真器的软件编制技术。     

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。     

舰载机惯导动基座传递对准基准系统技术研究

根据舰载机惯导动基座高精度对准的需求,从系统顶层设计的角度,引入数字停机位空间坐标系概念,建立了舰载机惯导动基座传递对准的基准。在此基础上,分析了杆臂效应和船体挠曲变形对基准精度的影响,并给出了相应的处理模型和方法。舰载机可直接引入该基准坐标系下的导航信息进行对准,无须关注舰船性能参数和主导航安装位置等,有利于减少惯导动基座对准技术难度,提高对准效率。     

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.     

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.     

重力测量稳定平台控制系统设计与实现

介绍了重力测量惯性稳定平台的系统工作原理.设计了一种基于DSP加FPGA架构的嵌入式控制系统.详细描述了控制系统的功能划分以及硬件实现.提出了电流、速度和位置三环回路控制方案.车载测试结果显示稳定平台能实现地垂线跟踪,验证了所设计控制系统的有效性.