基于规划航迹的“三自”光纤惯导系统航向耦合效应抑制技术

目前,国内"三自"(自标定、自对准、自检测)光纤惯导系统在长航时高精度自主导航领域已逐渐开展应用,但光纤陀螺安装误差、安装不正交度以及标度因数等参数稳定性大大限制了"三自"光纤惯导系统精度的提升,其主要原因是载体运动诱发的航向耦合效应严重影响了旋转调制效果。从航向耦合效应机理分析入手,指出了"三自"惯导系统航向耦合效应的不可解耦性,但针对无人飞行器和无人潜航器等通常需要规划航迹的载体,提出了一种基于规划航迹的旋转方案自适应调整技术,有效地抑制了航向耦合效应。试验结果表明,该方法可将系统的导航精度提升80%以上。     

单轴旋转惯导纬度误差和航向误差关联性分析

为实现舰船单轴旋转惯导航向误差海上动态评估,考虑单轴旋转惯导纬度误差和航向误差都是在相同误差源作用下的惯性导航解算输出结果,通过研究引起单轴旋转激光陀螺惯导航向误差和纬度误差的机理,建立了单轴旋转惯导纬度误差与航向误差之间的关联性模型。仿真分析验证了单轴旋转惯导纬度误差与航向误差之间关联性分析的正确性。基于二者之间的关联性,在无外界参考航向信息情况下,可实现海上舰船单轴旋转惯导航向误差实时动态评估与补偿,对提升舰船武器系统作战效能具有重要的实用价值。     

平台惯导系统飞行试验性能误差分析

针对某型平台式惯导系统试飞中存在的性能超差现象,对惯导系统误差机理和飞行数据进行了分析,提出了影响飞行性能的误差因素。根据分析结果,从提高惯性元件精度和对相关误差进行标定和补偿两方面采取措施对惯导系统进行改进。改进后的惯导系统经过试飞验证,其性能满足设计指标,表明所采取的改进措施有效可行。     

基于惯性空间稳定的双轴惯导旋转调制方法

陀螺标度因数误差是影响长航时船用旋转调制惯导系统的关键误差源,其与地球自转和载体运动的耦合误差,可导致惯导系统误差发散。针对此问题,结合船用惯导使用特点,采用外航向、内俯仰的双轴旋转框架结构。在此基础上,提出了一种基于惯性系的双轴旋转惯导系统多位置转停调制方案,通过补偿地球自转和载体运动在双轴旋转惯导内外框架旋转轴上的投影分量,可显著降低陀螺标度因数误差对长航时导航精度的影响。数学仿真和船载试验结果表明,在载体航向角运动的场景下,该方法与传统的双轴旋转调制方案相比可有效抑制地球周期项振幅的增大,系统导航位置误差的发散也降低50%以上。     

机载卫星通信伺服系统跟踪精度试飞方法

卫星通信伺服系统的跟踪精度是决定卫星通信质量的关键性能指标,从天线安装误差、角传感器误差、惯导不同组合等方面逐一分析,并提出了采用电平跌落法进行精度的定量检测,实现了对伺服系统跟踪精度的有效试飞与评估,对后续卫星通信试飞具有很好的借鉴作用。     

极区横向地理系空间稳定型惯导算法研究

针对地心惯性系和当地地理系的空间稳定型惯导系统导航算法在极区导航失效的问题,提出了适用于空间稳定型惯导系统的极区导航算法。该算法通过伪经纬网构建了横坐标系参考框架,建立了横向地理系空间稳定型惯导系统力学编排,并在此基础上重新推导了通用的误差模型。最后,通过极点附近区域与穿越极点区域仿真分析了算法的极区有效性。仿真结果表明该算法在极点附近区域解算的伪航向角误差小于3′,伪经度误差小于4′;在穿越极点区域解算的伪纵摇角、伪横摇角误差小于0.3′,伪航向角误差小于3′,伪东向、伪北向速度误差小于1m/s,伪经度、伪纬度误差小于4.2′。该算法克服了极区导航计算溢出、误差放大等问题,提高了系统的极区导航精度,能够满足极区导航要求。     

双轴旋转式激光捷联惯导系统的转位方案研究

惯性导航系统的误差随时间累积,旋转调制技术可以有效地提高惯导系统的长航时精度,旋转调制方案是决定旋转式捷联惯导系统导航精度的一个重要因素.针对双轴旋转惯导系统,相较于16次序转位方案,提出了一种新的32次序双轴旋转调制方案.根据捷联惯导系统的误差方程,推导出旋转捷联惯导的误差方程,分析了误差补偿的机理,研究了惯性器件常值偏置误差、标度因数误差和安装角误差的传播特性.仿真结果表明,32次序双轴旋转调制方案相对于16次序转位方案有明显的优势,可以有效地降低姿态角误差和经纬度误差.     

大气数据-惯性组合导航系统

大气数据-惯性组合导航系统的原理框图如图1所示。该系统包含低精度惯导系统、大气数据计算机、磁感应式航向传感器、卡尔曼滤波器及控制器等部分。系统有两种工作方式。第一种工作方式中,开关S_1和S_2均闭合。第二种工作方式中,仅S_1闭合,磁航向只用于惯导系统的方位粗对准,惯性平台航向用于分解真空速向量。本文研究系统在第二种工作方式中的性能。     

一种改造的SINS误差模型在精对准中的应用

针对捷联惯导系统原始的静态误差模型航向角误差不可观测的情况,本文提出了一种改造的静态误差模型.该模型在原始模型的基础之上,通过能观测性结构分解以及状态变换转化而来.理论分析表明经改造后的误差模型可从一定程度上解决航向角误差不可观测的问题.利用该模型对某型号车载激光捷联惯组作卡尔曼滤波精对准实验,并对比参数辨识精对准的结...     

一种外环水平结构双轴光纤惯导系统旋转方案设计方法

目前国内外长航时高精度自主惯导系统多采用双轴旋转调制自动补偿技术,而旋转方案设计对系统导航精度影响至关重要.双轴惯导系统按结构可分为外环水平结构和外环航向结构两类.分析了外环水平结构双轴惯导系统在旋转方案设计中的局限性,考虑到光纤陀螺输出特性,指出外环水平结构双轴光纤惯导系统不宜采用传统旋转方案,并提出了一种该类双轴光纤惯导系统的旋转方案设计方法,最后对所设计旋转方案与十六位置旋转方案进行试验对比,试验表明此设计方案导航精度提升了71％.     

卫星拒止情况下低精度惯导系统航姿算法研究

在卫星拒止情况下,低精度MEMS惯导系统由于惯性器件性能较差,无法长时间保持姿态精度。从重力矢量及飞行器的动力学特性出发,提出了一种基于动态检测和Kalman数据融合的航姿算法。该算法从导航与飞控一体化的理念出发,实时判断飞行器机动和飞控状态,在低动态时利用Kalman滤波器对水平加速度和惯性解算的姿态角进行数据融合,估计和修正水平姿态误差,从而提高水平姿态精度。经过飞行仿真验证,该算法可有效完成飞行器的动态检测,并保证在系统机动情况下水平姿态误差在2°以内。     

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。     

仿真飞行轨迹的设计及应用

由于全面真实的飞行轨迹数据很难获取,而捷联惯导系统性能测试又必须要有飞行轨迹数据和惯性器件的输出作为基础,为此,介绍了一种仿真飞行轨迹的设计方法,将飞机飞行过程分解为若干基本运动状态,并建立了相应的模型,可根据实际需要组合各种基本运动状态构成一条完整的飞行轨迹.据此设计了一条仿真飞行轨迹并对该轨迹进行了应用仿真.结果表明,此法不仅能够较好地模拟飞机的实际飞行状态,更能有效地测试捷联惯导算法的精确性和可靠性,应用效果令人满意     

High accuracy navigation and landing system using GPS/IMU systemintegration

In this paper, the accuracy, integrity and continuity of function requirements for automatic landing systems using satellite navigation systems are discussed. Such a landing system is the integrated navigation and landing system (INLS) developed by Deutsche Aerospace (DASA/Ulm, Germany). The system concepts of the INLS are presented. It is shown how an INLS, based on system integration of a satellite navigation system (e.g., GPS) in realtime differential mode with an inertial measurement unit (IMU) in the accuracy class of an attitude and heading reference system (AHRS), can meet the requirements: the results given are mainly devoted to the accuracy issues. Using Kalman filter techniques, an in-flight calibration of the IMU is performed. The advantage of system integration, especially in dynamic flight conditions and during phases of flight with satellite masking, is explained. The accuracy, integrity and continuity of function of the INLS were proven by means of flight tests in a commuter aircraft using a laser tracker as a reference. These flight tests have shown that the short-term accuracy (<60 seconds) of the AHRS used within the INLS has been improved from low cost sensor quality to the accuracy of a high quality laser inertial navigation system (LNIS). With the presented INLS, a landing at any airfield, not equipped with conventional Instrument Landing System (ILS) or Microwave Landing System (MLS), is possible by using a very cost effective system. The INLS is a high accuracy navigation and landing system designed to be used instead of conventional landing systems at small airfields and to fill operational gaps of conventional navigation and landing systems in cruise and approach on large airports     

基于虚拟地标的行人惯性SLAM算法

针对当前仅使用低成本惯性传感器的行人导航系统航向角存在较大累积误差的问题,研究了一种只使用惯性传感器信息的虚拟地标构建方法,并通过匹配虚拟地标点对位置和航向进行误差补偿.在此基础上,结合同时定位与建图(SLAM)方法的思想,实现了仅基于惯性传感器的SLAM,提高了行人导航的精度和可靠导航时间.试验结果表明,该方法能够有效消除纯惯性行人定位系统的累积误差,在2027m2的单层建筑物中空间位置误差小于10m.     

INS/GNSS组合导航系统空中快速对准方法

针对机载惯性/全球导航卫星系统(INS/GNSS)组合导航系统地面静基座对准时间较长、航向对准精度较低以及惯导空中故障重启后无法快速得到精确姿态信息重新进入导航状态等问题,提出一种快速初始对准方法。该对准方法基于惯性导航比力方程,利用GNSS的定位、测速信息与惯性测量组件(IMU)的输出信息解算载体姿态信息,并结合遗传-牛顿算法与求和自回归滑动平均(ARIMA)模型卡尔曼滤波信号降噪技术提高姿态信息的解算精度。基于实测飞行数据的解算验证了该方法的有效性、对准精度以及在实际工程应用中的优越性。     

适合航天飞机应用的星体跟踪器

本文推导了航天飞机采用新型探测器件——电荷耦合器件CCD（ChargeCoupled DeVices）组成的星体跟踪器进行姿态稳定的公式。并提供一种适合航天飞机应用的星体跟踪器原理样机。     

一种基于无线信号辅助的室内无死角定位算法

针对传统惯性导航系统定位误差随时间积累的问题,提出了一种基于无线信号辅助定位的室内无死角定位算法。该算法首先利用加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等传感器数据实现三维定位,然后利用无线信号对惯导定位中的位置偏差进行实时校正,再通过航向最优估计算法对航向误差进行修正,在位置和航向上增强惯导系统的实用性。利用实验室自主研发的微惯性测量单元固定在腰部脊椎位置进行实验验证,结果显示基于无线信号辅助的室内无死角定位算法精度达到1%以内,与纯惯导技术相比,能够提供更持久和准确的三维位置信息。