载体角运动对旋转捷联惯导误差的影响分析

旋转捷联惯导系统采用旋转调制误差补偿技术对陀螺仪和加速度计误差进行调制,可以提高系统导航精度。在简要分析旋转调制误差补偿机理基础上,研究了单轴旋转方案中载体常值旋转和周期旋转2种角运动模式对导航误差的影响。结果表明：载体特定角运动对旋转捷联惯导的误差补偿效果有一定影响,且单轴正反转停方案中误差补偿效果所受影响相对较小。     

垂向对称的四陀螺冗余式单轴旋转捷联惯导方法

针对现有惯导正交配置方案在高海况下存在可靠性不高以及导航误差随时间累积快的问题,提出一种四陀螺冗余配置的单轴旋转捷联惯导新方案。通过器件级冗余技术,依据冗余数目等同时可靠性最大,导航特性更优的原则,设计了一种四陀螺圆锥垂向对称配置方案。以此为基础,考虑单轴旋转调制转轴垂直方向上器件误差的优势,提出将冗余配置和单轴旋转调制相结合的冗余式单轴旋转捷联惯导技术,并给出了具体的设计方法和过程。仿真结果表明:惯导系统可靠性较传统无冗余方案提升75%,定位精度较无旋转调制方案提升26%。新方法能够实现可靠性和精度的综合提升,且配置结构体积增加不多,安装方便,工程实现性较强。     

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.     

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。     

旋转捷联惯导系统原理及典型方案分析

旋转捷联惯导系统采用旋转调制误差补偿技术对陀螺仪和加速度计误差进行调制,可以提高系统导航精度。文章借助捷联系统基本误差方程,简要分析了旋转调制误差补偿的机理;通过对几种典型IMU旋转方案的分析和仿真,验证了旋转调制误差补偿技术的有效性并比较了不同旋转方案的特点。     

捷联惯性制导系统的圆锥误差及其补偿

圆锥误差是捷联惯导系统,特别是激光陀螺捷联惯导系统重要的误差源,为提高激光捷联惯性系统的导航精度,防止姿态误差的积累,本文研究了圆锥补偿算法和圆锥补偿误差特性,给出了常用的8种圆锥补偿算法,针对激光陀螺惯组的实际应用背景,开展了弹道仿真研究,给出了圆锥误差对激光陀螺捷联惯导系统导航精度的影响和补偿修正的效果。     

无陀螺捷联惯导系统捷联方案研究

提出了无陀螺捷联惯导系统的惯性测量单元沿单轴相对载体旋转的捷联方案,对该方案进行了理论分析和数值仿真。结果表明,合理安装９ 个加速度计并适当选取捷联矩阵,则捷联方案无需高精度测量惯性测量单元相对载体旋转角速度也能大大提高载体角速度的精度。为满足相同的导航精度要求,本方案可降低对加速度计精度的要求约１０００ 倍。     

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。     

双轴惯导轴系非正交误差全空间补偿技术研究

旋转调制技术实现了捷联惯导的高精度长航时导航,但轴系非正交误差的存在影响着导航姿态精度。传统轴系非正交误差补偿方法是针对旋转轴停留在固定位置完成的,提出一种全空间的轴系非正交误差补偿方法,不限定旋转轴的转停位置。试验结果证明该误差补偿方法较传统方法更优,对惯导姿态精度提升明显。     

单轴旋转捷联惯导系统误差分析与转位方案

对单轴旋转捷联惯导系统误差调制原理与旋转方案进行了研究,光纤陀螺作为惯性测量单元的主要传感器件,其误差主要包括常值漂移、标度因数误差、安装误差以及随机漂移误差,分析了单轴旋转调制对各项误差的补偿作用,给出了单轴单向连续旋转、两位置正反转停(大于360°）、四位置正反转停(小于360°）3种转动方案。在摇摆状态下综合考虑各项误差,并对其中的两种转位方案进行了长时间导航仿真,仿真结果表明：两位置转停方案与四位置转停方案长时间导航定位精度相当,四位置转停方案不需要加装导电滑环,实现起来更加简单,是一种最为有效的单轴旋转方式。在自行研制的单轴旋转捷联惯导系统上对四位置转停旋转方式进行了转台摇摆和车载环境验证实验,结果都能满足系统设计的指标。     

Gravity modeling in aerospace applications

The science of inertial navigation has evolved to the point that the traditional gravity model is a principal error source in advanced, precise systems. Specifically, the unmodeled vertical deflections of the earth's gravitational field are a major contributor to CEP (circular error probable) divergence in precise terrestrial inertial navigation systems (INS). Over the years, several studies have been undertaken to the development of advanced techniques for accurate, real-time compensation of gravity disturbance vectors. More complex on-board gravity models which compute vertical deflection components will reduce the CEP divergence rate, but imperfect modeling due to on-board processing limitations will still cause residual vertical deflection errors. In order to eliminate or reduce gravity-induced errors in the INS requires measurement of gravity disturbance values and in-flight compensation to the inertial navigator. It is assumed in this paper that gravity disturbance values have been measured prior to the airborne mission and various techniques for compensation are to be considered. As part of a screening process in this study, several gravity compensation techniques (both deterministic and stochastic models) were investigated. The screening process involved identification of gravity models and algorithms, and developments of selection criteria for subsequent screening of the candidates.     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

Balloon gravimetry using GPS and INS

Measurement of the horizontal components of gravity at altitude using balloon-borne instrumentation consisting of a Global Positioning System (GPS) receiver and a strapdown inertial navigation system (INS) is discussed. GPS data are to be used primarily to determine the total inertial acceleration of the balloon, while the INS accelerometers sense all nongravitational accelerations. A covariance analysis based on the Kalman filter shows that conventional gravity estimation from GPS-aided INS data is possible only if external attitude updates are also available. An alternative technique is explored that attempts to estimate at least part of the gravitational spectrum without modeling the gravity disturbance as a state variable or relying on external attitude updates, while, at the same time, admitting uncorrected (long-wavelength) attitude errors. Simulations based on a model for typical balloon motion are used to discuss this possibility     

极区格网阻尼导航方法

针对舰艇在极区航行时,其常用惯性导航系统机械编排存在精度下降、无北向基准等问题,设计了适用于极区工作的格网坐标系捷联惯性导航系统机械编排.在构建了格网坐标系参考框架的基础上,建立了格网坐标系捷联惯导系统的机械编排,并分析了其误差传播特性.通过误差分析,确定了格网坐标系捷联惯导系统中存在的周期性振荡,并提出了适用于格网坐标系捷联惯导系统的阻尼技术,有效抑制了周期性振荡.最后,通过仿真实验验证了该系统在极区工作的可行性和阻尼技术的有效性.     

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。     

水下重力匹配定位算法综述

随着重力测量和水下导航技术的发展,惯性/重力匹配导航技术因其精度高、自主性强和航时长等优点,已成为水下自主导航的重要研究方向。惯性/重力匹配导航系统主要由惯性导航系统、重力实时测量、海洋重力场背景图和重力匹配定位算法构成。重力匹配定位算法通过将实时测量的重力异常值与构建的重力场背景图进行匹配,得到水下运载体当前时刻的位置信息,是惯性/重力匹配导航技术的核心。本文详细介绍了重力匹配算法的技术发展现状,重点分析了具有代表性的ICCP算法、SITAN算法、矢量匹配算法及其衍生算法,并对惯性/重力匹配水下自主导航技术的未来发展进行了展望。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

Strapdown inertial navigation using dual quaternion algebra: error analysis

In a strapdown inertial navigation system (INS), the general displacement of a rigid body is traditionally separately modeled and analyzed, i.e., direction cosine matrix or quaternion for rotation analysis and vector for translation analysis. As a subsequent work of a companion paper (Wu et al., 2005), this paper adopts dual quaternion algebra, a most concise and unified mathematical tool for representing the general displacement of a rigid body, to analyze error characteristics of the strapdown INS. Two new error models in terms of quaternion algebra are developed: the additive dual quaternion error (ADQE) model and multiplicative dual quaternion error (MDQE) model. Both are expected to facilitate the future inertial navigation-based integrated navigation filter.