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。     

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.     

D-最优试验设计在动力调谐陀螺测试中的应用

 为了提高动力调谐陀螺的静态漂移误差测试精度,针对简化静态漂移误差模型,并且考虑陀螺安装角误差的影响,依据D-最优试验设计理论以及正交设计的均匀分散性试验设计思路,设计了一种满足D-最优性质的正交八位置试验方案,并在整个正交空间内采用全局搜索的方法验证了其D-最优性。在相同试验环境下,采用力反馈位置试验法,以全正交空间预测误差平方和最小为评价准则,对该八位置试验方案和国军标GJB1183—91中的八位置试验方案进行比较与评价,试验结果表明该八位置试验方案优于国军标GJB1183—91中八位置试验方案。     

稳定平台中陀螺漂移自适应实时估计算法

 针对陀螺稳定平台的漂移问题,建立了陀螺稳定跟踪装置在不同工作模式下陀螺漂移的数学模型,指出稳定模式下包含常值漂移和相关漂移的陀螺低频噪声是影响稳定精度的主要原因。提出一种自适应实时估计算法,采用卡尔曼滤波框架和滤波器收敛判据,结合Sage-Husa滤波和加权Sage-Husa滤波算法,利用跟踪器跟踪静止目标时输出的脱靶量信号对陀螺常值漂移和相关漂移进行估计。实验结果表明:该算法能够在系统模型和噪声特性均不准确的情况下使用,收敛时间小于3 s,估计均方差小于0.02 (°)/s,具有良好的鲁棒性和自适应能力。     

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.     

Analysis of upgraded GPS internal Kalman filter

GPS receivers with provisions for inertial navigation system (INS) aiding are designed with internal Kalman filters that model generic INSs and process the basic GPS pseudorange and deltarange (range-rate) data to produce an output of inertially-smoothed, “GPS-derived” position and velocity. These Kalman filters model only the basic nine INS errors (position, velocity, and tilt) and do not model any INS gyro or accelerometer errors. It was found that a significant performance improvement could be achieved under conditions of degraded GPS satellite availability by augmenting this type of filter with the six INS gyro and accelerometer bias errors. It is, therefore, recommended that serious consideration be given to incorporating these states into the design of the GPS internal Kalman filter     

Inertial System Platform Rotation

Differential error equations are derived for the navigation errors of a local level undamped pure inertial platform that continuously rotates in azimuth. From these, the time response equations for the vector position error produced by a constant level gyro drift error, as a function of platform rotation rate, are computed and evaluated. It is shown that platform rotation attenuates the system position error due to level gyro bias and that this attenuation is a nonlinear function of rotation rate.     

微陀螺g敏感性误差对组合导航精度的影响分析

高动态环境下,MIMU中的微机械陀螺表现出显著的g敏感性误差。首先采用简化的线性模型,从经典卡尔曼滤波的滤波增益阵出发,理论分析了g敏感性误差对组合导航系统精度的影响;然后在组合导航半实物仿真平台上进行了验证。结果表明,g敏感性误差对组合滤波位置与速度精度影响不大,但对姿态的精度影响较大,当载体沿陀螺敏感轴方向的加速度为50g时,相应轴向的姿态角误差约为5.70°,姿态精度损失很大。因此,MIMU/GNSS组合导航在高动态应用中,必须对微陀螺的g敏感性误差进行补偿。     

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。     

巴特沃斯数字滤波器在自动测试中的应用

本文主要研究巴特沃斯低通数字滤波器在自动测试系统中的应用。讨论了高速采样低速输出的自动测试系统中采用低通数字滤波器的必要性;比较了巴特沃斯低通数字滤波器与多点平均滤波的性能,巴特沃斯滤波器具有较理想的特性;介绍了建立巴特沃斯低通数字滤波器的设计方法,以及在实现实时滤波算法时,克服初始瞬变过程和防止滤波器数值不稳的措施。最后,给出了在长时间陀螺漂移测试中的应用结果。     

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。     

激光陀螺及其误差补偿

 本文介绍国外研制环形激光陀螺(RLG)的经验和现状,把误差产生机理及其补偿方法作为研究重点,这是取得成果的基础。机械抖动偏频技术有优点,得到了广泛应用,但在精度上尚不能满足精密惯性导航的要求。近年来国外正在研究的速率偏置技术显著地降低了RLG的随机误差,并可补偿常值漂移。本文讨论了这一技术的优点。     

利用车载试验分离惯导平台误差研究

分析了车载试验时平台的安装方式以及所需要的外测信号等问题,给出了误差模型以及导航误差方程,设计并进行相关软件仿真。结果表明,在现有外测信号精度下,该方法可分离出惯导平台误差中加速度计和陀螺仪的零次项误差系数,对加速度计的一次项误差系数分离效果也较好。     

MEMS梳齿音叉陀螺温度漂移特性研究

由于MEMS音叉陀螺多用于车载及无人机导航等应用场合,而外界温度环境因素对其零偏性能有着很大的影响,因此其温度引起的零偏漂移的大小直接影响着最终导航的性能。研究了全温范围传感器漂移特性,旨在提升陀螺温度漂移特性。通过改进电路设计以及采用实时补偿算法对其全温范围温度引起的零偏漂移进行补偿,将零偏稳定性提升了一个数量级。     

某型方位旋转平台惯导系统转速模型分析与验证

某型平台惯导系统采用方位旋转调制技术,通过对台体匀速转动的控制调制陀螺的漂移。台体的转速不是固定值,是随惯导系统所在地区而改变的,且台体转速异常必伴随方位陀螺故障。为了正确判断台体转速的理论是否正常,文章推导了转速的理论计算公式,不同地区惯导系统的实测数据表明实测值与理论计算值一致,验证了转速计算公式的正确性,为监控方位陀螺状态提供了技术途径。     

带单轴稳定的惯性导航系统

 根据平台式和捷联式惯性导航系统的主要特点,如何简化平台式系统的平台结构和减小捷联式系统对陀螺大动态范围的要求,降低成本并减小体积、重量和增加可靠性,是人们十分关心的事。为此,本文提出只沿飞行器横滚轴使用一个稳定回路的惯性导航系统。文中对该系统的原理构造及误差模型进行了叙述。以误差方程为基础,利用协方差分析方法,针对短程导弹假定的机动条件和飞行轨迹对其误差传播特性进行了模拟计算。在计算程序上采用了级数迭代算法。计算的结果对实际使用提供了参考。系统的基本工作特性近似于捷联式系统,但在很大程度上降低了对陀螺动态范围的要求,使得有可能实现既简单又可靠、成本低廉的短程飞行器使用的惯性导航与制导系统。     

弹载大视场星惯组合深度融合导航技术

为了降低弹载星惯组合（Stellar-INS）飞行中段对调姿观星的要求，提高星惯组合姿态精度，提出了大视场（LFOV）星惯组合深度融合导航方法。小视场（NFOV）星敏感器输出星矢量为主，大视场星敏感器可同时输出姿态和星矢量信息，分别推导了基于星敏感器输出姿态和星矢量信息的观测方程，分析了星矢量和姿态观测方法之间的关联性。建立了包含星惯安装误差、陀螺误差以及初始平台误差角的星惯组合全误差项模型，基于线性卡尔曼滤波给出了深度融合导航方法。开展了数学仿真验证，分析了不同调姿观星路径约束下，大/小视场星惯组合性能差异。结果表明，大视场星惯组合深度融合导航方法不仅可以降低调姿观星约束要求，还可以实现组合姿态性能提升。     

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。     

基于场景识别的惯性基类脑导航方法

针对无人机导航中惯性器件产生的漂移误差不断随时间累积进而影响导航精度的问题,以仿生类脑导航为研究背景,提出了一种新的导航方法。与传统导航策略不同的是,该方法从周期性校正累积位置误差的角度出发,采用设置位置细胞节点的思路,利用训练好的卷积神经网络模型在细胞节点处进行图像匹配,从而在位置细胞节点处实现惯导位置漂移误差校正。同时,建立节点之间的漂移误差模型,调整误差方程系数,以达到修正漂移误差的目的。最后,基于无人机飞行实验结果验证了该方法对自主导航的有效性和鲁棒性,该方法能够有效提高无人机导航的精度。     

低成本的多普勒-捷联惯性组合导航系统

本文研究了一种采用低精度的惯性器件,应用卡尔曼滤波技术的多普勒捷联惯性组合导航系统。讨论了组合方案,推导了系统的动态方程,设计了一种最优和四种次优卡尔曼滤波器。对系统进行了协方差分析。分析结果表明,采用随机漂移为0.1°/h的陀螺仪,零位误差为10^-4g的加速度计,应用卡尔曼滤波技术可以实现1nmile/h的导航精度,成为一种低成本、中等精度的导航系统。