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。     

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％.     

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。     

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。     

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.     

基于速度积分匹配的旋转调制惯导系统动基座对准方法

卫星导航信息辅助动基座对准过程中,速度噪声会影响对准精度和快速性,制约了旋转调制惯导角秒级高精度快速对准的实现.针对这一问题,提出了一种基于旋转调制惯导速度积分匹配的快速动基座对准方法,通过建立旋转调制惯导动基座对准误差方程和卡尔曼滤波观测模型,以消除动基座对准对载机特殊运动的要求.最后,在实验室静态环境和车载环境下,分别开展了速度积分匹配和速度十位置组合导航动基座对准仿真实验.仿真结果表明,提出的速度积分匹配方法具有误差估计量收敛速度快的特点,在对准精度不降低的情况下相对组合导航匹配方式能有效缩短动基座对准时间,并能基于旋转调制惯导取消动基座对准对载机的机动需求.     

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。     

旋转调制微机电惯性系统方案研究

微机电惯性系统具备小体积优势，但现阶段系统精度仍在消费级与战术级之间。研究了旋转调制技术在微机电惯性系统中的应用，探讨了基于PCB小型化电机的微旋转方案，并开展了单轴旋转调制验证试验，以探索旋转调制技术对微机电惯性系统性能的提升作用。结果表明，在微机电陀螺精度约为2(°)/h的条件下，该方案能够实现约0.2n mile/10min的导航精度，相较于同等惯性器件条件下的捷联式系统，精度提高了不止1个数量级，证明了该方案能够有效提高微机电惯性系统的精度。     

激光陀螺捷联惯导系统旋转调制技术综述

激光陀螺旋转调制技术是一种系统级误差自补偿技术,能够有效调制陀螺和加速度计的误差,提高导航系统的精度。首先分析了旋转调制型捷联惯导系统的基本原理和类型,然后从转位方案的编排、惯性测量单元旋转速度和转停时间的选取、旋转机构的导航解算、旋转机构的误差分析、载体角运动隔离等多方面,对激光陀螺旋转调制技术进行了综述,并探讨了我国旋转调制技术的重点研究方向,提出了合理的建议。     

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。     

双轴连续旋转调制捷联惯导系统大失准角初始对准技术

由于可以补偿惯性器件在三个轴向上的输出误差,双轴旋转调制技术被广泛应用于捷联惯导系统(SINS)。选择了一种合理且实用的十六次序双轴转位方案,并对其调制原理和误差进行了分析。初始对准技术是捷联惯导系统的一项重要技术,其对准精度直接决定了后续导航的精度。在粗对准完成后,当姿态误差角较大时,后续的精对准误差模型呈非线性特性,故选择了滤波精度高、稳定性强的平方根容积Kalman滤波算法(SCKF)来解决这一问题。考虑到在实际对准过程中,量测噪声的统计特性易发生变化,将SCKF算法与Sage-Husa算法相结合,在传统Sage-Husa SCKF算法的基础上提出了一种改进的自适应滤波算法(ASCKF)。该算法采用QR分解来完成对噪声协方差的平方根矩阵估计,从而避免了传统Sage-Husa SCKF算法中所估噪声协方差矩阵不正定的问题。最后,通过仿真证实了ASCKF算法可被很好地应用于量测噪声统计特性发生变化的初始对准中。     

Maximal capacity nonorthogonal pulse shape modulation

To improve spectral utilization of communication system, a novel nonorthogonal pulse shape modulation(NPSM) based on prolate spheroidal wave function(PSWF) is proposed. The modulation employs nonorthogonal PSWF pulses to transmit information and it shows a higher capacity than traditional orthogonal modulations. The NPSM capacity under the constraint of finite input alphabet, which is determined by parameters of PSWF pulse, is derived. An optimization model for maximal capacity of NPSM is constructed and an exhaustive self-adapting gradient search algorithm for the model is proposed. A practical NPSM scheme with the maximal capacity is obtained by this search algorithm and it is proved to be superior to orthogonal signaling in the capacity. Our theoretical analysis is validated by numerical simulations and practical tests, and the results show that NPSM outperforms orthogonal modulations in the capacity and has a lower Peak-to-Average Power Ratio.     

Numerical study on flow fields and aerodynamics of tilt rotor aircraft in conversion mode based on embedded grid and actuator model

A method combining rotor actuator disk model and embedded grid technique is presented in this paper, aimed at predicting the flow fields and aerodynamic characteristics of tilt rotor aircraft in conversion mode more efficiently and effectively. In this method, rotor's influence is considered in terms of the momentum it impacts to the fluid around it; transformation matrixes among different coordinate systems are deduced to extend actuator method's utility to conversion mode flow fields' calculation. Meanwhile, an embedded grid system is designed, in which grids generated around fuselage and actuator disk are regarded as background grid and minor grid respectively, and a new method is presented for ‘donor searching' and ‘hole cutting' during grid assembling. Based on the above methods, flow fields of tilt rotor aircraft in conversion mode are simulated, with threedimensional Navier–Stokes equations discretized by a second-order upwind finite-volume scheme and an implicit lower–upper symmetric Gauss–Seidel(LU-SGS) time-stepping scheme. Numerical results demonstrate that the proposed CFD method is very effective in simulating the conversion mode flow fields of tilt rotor aircraft.     

基于气动模型辅助的四旋翼飞行器室内自主导航方法

 惯性/卫星/磁传感器/气压高度计组合导航系统是四旋翼飞行器常用的导航方案。但在室内飞行时,由于卫星导航系统不可用,该导航方案的测速及定位精度难以满足四旋翼飞行器的自主飞行需求,从而制约了其室内自主飞行能力。为解决该问题,在利用四旋翼飞行器气动模型的基础上,提出了惯性/磁传感器/声纳传感器/气动模型组合导航方案。通过分析四旋翼飞行器的气动模型特性,揭示了气动模型辅助自主导航的内在机理;提出了气动模型辅助导航算法,并设计了具体的实施流程。最后,结合OS4型四旋翼飞行器的气动模型特点,搭建了气动模型辅助导航方案的验证平台,对四旋翼飞行器的室内悬停与机动飞行进行了仿真模拟。仿真结果表明,气动模型辅助导航方案可以显著提高室内飞行时的测速与定位精度。该方案无需增加其他传感器,具有自主性强、成本低和零载重的优点,在四旋翼飞行器室内导航中具有较好的应用价值。     

正交频分复用(OFDM)的原理及应用

OFDM是一种新型的调制方式,称为正交频分复用。阐述了OFDM的原理、系统组成和优良性质及其在数字电视传输和混合光纤电缆网（HFC）中的应用。     

航空发动机外部管路调频方法研究

为了使航空发动机外部管路调频工作简化和效率提高,运用有限元方法、通过计算机仿真,对航空发动机外部管路模态进行计算分析,得到了卡箍约束位置对外部管路1阶固有频率的影响规律;引入管路等效长度和等效系数的概念,总结得到典型结构管路的管长等效系数值;综合卡箍约束位置对外部管路固有频率的影响规律、典型管路结构的管长等效系数和工程实际经验,归纳得到管路调频的一般工作步骤,用于指导管路调频工作,显著地提高了管路调频工作效率。