捷联式惯性制导系统

引 言 惯性制导系统能自主地产生飞行器的位置、速度和姿态角等各种参量。测量值是飞行器相对惯性空间的线运动和角运动的数据。最早用于控制和稳定飞行器角运动的陀螺装置可以看做是惯性制导系统的前身。这些装置没有外部的校正只能在很短的时间里独立地工作。现代复杂系统采用了陀螺、加速度表和计算装置,能在足够长的时间内自主地产生飞行器的位置、速度和姿态角等参量。     

减小由于陀螺转速表误差引起的捷联式系统误差的方法

一、序 言 捷联式惯性控制系统的陀螺敏感元件是直接安装在飞行器壳体上。因此,飞行器的角运动将传给陀螺本身,并引起一系列误差的出现。由于在作为角速度传感器应用于捷联式系统中的液浮陀螺中存在有反馈回路（它是建立相对于进动轴的恢复力矩）,以及要进行座标转换的必要性,将导至另外误差的出现。在高精度的捷联式惯性系统设计时,需要很仔细地研究所有这些误差。     

激光陀螺惯性导航系统——90年代舰船导航的支柱设备

陀螺是惯性导航系统中的核心部件,它的主要功能是感知导航参考坐标系相对惯性坐标系的角偏差,并将所敏感的信号提供给惯性系统。一般来说,转子可以同时绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动。陀螺具有稳定性和进动性两大特性,这就是经典性原理陀螺的含义。但是,随着科学技术的进步,人们把环形激光器引入了陀螺领域,用其来测量运载器的角速度,完成陀螺的功能,从而产生了一种非经     

光纤陀螺在车载惯性平台稳定回路中的仿真

为了延长车载惯性平台的使用寿命并提高其稳定精度,在原有平台机械结构的基础上,提出采用光纤陀螺代替原有的挠性陀螺作为惯性平台的敏感元件,并重新建立了平台系统稳定回路的数学模型。仿真研究表明该数字稳定回路具有较好的动态和稳态性能,能够满足系统的设计要求。经实验验证,该光纤陀螺惯性平台系统已实现功能要求。     

基于磁强计测量的滚转弹药姿态估计

为了实时获得滚转弹药的飞行姿态信息,提出了一种速率陀螺与磁强计组合的姿态测量方案。该方案采用磁强计获得大地磁场强度在弹体三轴的投影及其变化率,结合刚体转动运动模型,利用最优估计技术获得了滚转弹药姿态信息。与单点测量方法相比,最优估计方法综合了测量信息序列,不会出现反三角函数双值失控现象,并可获得更高精度。仿真表明:陀螺无漂移时,俯仰角、偏航角的解算精度小于0.1°;采用低成本陀螺含漂移时,姿态角的解算精度小于0.4°。     

惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性分析

针对惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性问题,深入研究了系统模型与平台坐标系对惯性仪表安装误差可观测性的影响。根据不同系统动力学模型和观测量构建四种系统模型。从可观测性定义出发,分析与判断惯性仪表安装误差在不同系统模型和不同平台坐标系下的可观测性。理论分析和仿真结果均表明惯性仪表安装误差在以下两种情况完全可观:观测量为平台框架角和加速度计输出,系统动力学模型为框架角模型,平台坐标系以平台六面体为基准定义;观测量为加速度输出,系统动力学模型为姿态角或失准角模型,平台坐标系以加速度计敏感轴为基准定义。     

利用实际飞行数据插值的INS/GNSS组合导航仿真轨迹发生器

针对INS/GNSS组合导航仿真中捷联惯导系统陀螺、加速度计信号高精度模拟问题,提出基于实际飞行数据插值的动态轨迹解析生成仿真算法。对转换到地心惯性坐标系中的载体姿态、位置和重力场数据进行关于时间的样条函数插值,得到载体坐标系下陀螺角速率、角增量以及加速度计比力积分增量的高精度分段解析表达式。使生成的陀螺、加速度计信号符合载体运动学和动力学特性,反映杆臂效应影响,同时与经事后处理的实测GNSS伪距、伪距率等数据特征保持一致。提出四元数约束插值算法,其可满足四元数解析插值时范数为1的约束限制条件。基于某实际无人机飞行数据,验证了所提算法的有效性,其完全满足组合导航动态仿真精度要求。该算法也适用于其他高精度高动态导航系统和刚体运动控制仿真中的角运动、线运动传感器信号模拟。     

基于实际飞行数据插值的INS/GNSS组合导航仿真轨迹发生器

针对INS/GNSS组合导航仿真中,捷联惯导系统陀螺、加速度计信号高精度模拟问题,提出了基于实际飞行数据插值的动态轨迹解析生成仿真算法。对转换到地心惯性坐标系中的载体姿态、位置和重力场数据进行关于时间的样条函数插值,得到载体坐标系下陀螺角速率、角增量以及加速度计比力积分增量的高精度分段解析表达式。使生成的陀螺、加速度计信号符合载体运动学和动力学特性,反映杆臂效应影响,同时与经事后处理的实测GNSS伪距、伪距率等数据特征保持一致。提出了四元数约束插值算法,可满足四元数解析插值时范数为1的约束限制条件。基于某实际无人机飞行数据,验证了所提出算法的有效性,完全满足组合导航动态仿真精度要求。该算法也适用于其他高精度高动态导航系统和刚体运动控制仿真中的角运动、线运动传感器信号模拟。     

光纤陀螺输入轴失准角的温度特性

光纤陀螺的输入轴失准角温度变化特性是光纤陀螺惯性系统正交校准所面临的主要难题。提出了一种有效地消除输入轴失准角测量误差的测试方法;对三只椭圆环结构的光纤陀螺进行了输入轴失准角温度特性研究。结果表明,三只椭圆环光纤陀螺的输入轴失准角分布比较集中;此外,椭圆环光纤陀螺的输入轴失准角随着温度变化呈非单调的曲线变化,高温过程的变化速度相对较快。该结论对光纤陀螺环制作工艺的改进提供了测试依据,并有助于惯性系统正交校准的温度补偿技术研究。     

五冗余捷联惯组系统配置及优化

以五冗余陀螺惯组为平台,讨论了捷联惯性测量组合冗余设计方案,以系统导航精度最优为性能指标,引入了三种性能指标函数,并分析了这三种性能指标函数在使用过程中的等价性,最后研究了三正交两斜置结构的五轴冗余惯组系统的最优配置方法,并在考虑到量测精度对配置影响的条件下,通过理论分析和计算得到了最优配置的安装角,具有较强的工程实用性。     

载体角运动对旋转式惯导系统旋转调制效果的影响

为了提高惯性导航系统长时间导航精度,采用旋转调制技术将惯性器件常值误差在导航系中调制成周期变化的信号,抑制系统误差发散.基于惯性测量单元误差模型,阐述了旋转调制技术的基本原理.理论分析了载体角运动对旋转调制效果的影响,推导了载体水平角运动下导航系中等效陀螺误差方程.进行了仿真和试验.理论分析、仿真和试验结果表明:载体水...     

捷联惯导惯性系对准误差分析

针对捷联惯导晃动基座下惯性系粗对准两种不同的计算方法,分析了由陀螺常值漂移和加速度计零偏引起的漂移误差（即平台失准角）、刻度误差和歪斜误差,并推导了这些误差项与惯性元件误差之间关系的解析表达式。结果表明：两种惯性系对准算法的平台失准角具有相同的极限精度,并且与传统解析对准法的精度一致;惯性系对准法的歪斜误差很小可以忽略,但需对姿态阵正交化以消除刻度误差的影响。     

双轴平台动力调谐陀螺漂移补偿技术

在双轴平台动力调谐陀螺惯导系统中,动力调谐陀螺仪漂移与测量轴重力分量密切相关.根据动力调谐陀螺与重力相关漂移项的特点,提出了双轴平台陀螺漂移误差的补偿方法.通过安装在双轴平台上的加速度计测量载体姿态,并计算重力在陀螺两个测量轴的分量,建立了陀螺漂移模型,对方位漂移进行补偿.实验证明,该方法有效地提高了双轴平台方位漂移精度.     

SIL——用于战术导弹的捷联惯性制导系统

由SFIM公司根据各种小型调谐陀螺GAM-1和GAM-3的模型出发研制的捷联系统中间,最最先进的系统就要数SIL3,它被指定用于战术导弹的精确制导。就一般情况而言,SIL3包含有二个GAM-3陀螺、三个加速度计以及有关的电路和计算回路。由SFIM公司专门研究的GAM-3陀螺是一个无润滑的、调谐的、具有两个轴的陀螺,建造该陀螺的目的是为测量可达100°/s的角速率。在刻度因子和线性度上,它具有100ppm的精度。通过数字闭合回路允许信号直接输入到非常精巧的计算回路。有效利用先进的模型将对系统的性能产生影响。 SFIM公司已经研制了有关的测试和仿真设备,在它使用的各种特定环境下,它们能够预测和检查系统性能。     

P矩阵制导

引 言 现有的宇航飞行器制导技术可以分为两大类: ●用四框架平台作基本敏感元件（纯惯性制导）控制状态向量。 ●用装在弹体上的传感器间接控制相对于状态向量的某个变量,例如弹体姿态。 对于第一类,典型的制导系统是非常精确的,但是在产生控制指令之前,须要作辅助计算;因此,整个系统是复杂的和昂贵的。 对于第二类,典型的系统是相当便宜的,但是它的精度在很大程度上取决于预先确定的标准飞行器总体方案和发射条件。 现有的和未来的许多空间任务须要有比弹体姿态系统更好的精度,同时硬件还必须比四框架平台便宜和简单。本文所介绍的是提高弹体姿态系统或降低四框架平台的选择办法。 两个基本问题引起了对提高弹体态姿系统的研究。     

卡尔曼滤波技术在阿波罗计划中的应用

符 号A 测量角A_L　未知陆标计算中相对于垂直线的角a　加权向量的分母a_d　扰动加速度A_H　水中椭圆的长半轴b　测量几何向量b_0,b_1,b_2　几何向量的分块b_H　水平椭圆的短半轴C（X）　特殊超越函数C　光 速     

弹载高冲击一体化子母弹子弹飞行姿态测量系统

为了测试获取子母弹爆炸抛撒后的子弹飞行姿态,采用基于M EM S惯性测量组合与动态存储测试技术相结合的方法来测试子母弹子弹的飞行姿态,对系统的组成、工作原理和主要关键技术的实现途径进行了详细的介绍。系统以M EM S三维角速度和三维加速度的惯性测量组合为姿态敏感元件,一体化的子母弹子弹飞行姿态测量记录器主要由FLA SH存储器、FPGA为中心控制器及多通道高速12位模数转换器等组成。记录器具有多通道、低功耗、体积小、大容量、高精度及嵌入子弹内部随子弹飞行测量等优点。系统试验结果表明:该系统能够准确获取子弹从抛撒到中靶的整个过程的姿态数据。     

液浮积分陀螺在惯导系统中的应用分析

液浮积分陀螺是组成稳定平台和惯性测量平台的关键部件.首先分析了积分陀螺和液浮积分陀螺的作用原理,在此基础上详细总结了液浮积分陀螺在惯性平台和稳定平台中的应用,并提出了液浮积分陀螺进一步发展需要解决的几个问题.所述内容对今后开展液浮积分陀螺的研究具有一定的参考价值.     

基于MEMS的微型无人机姿态仪的设计

姿态测量系统是无人机设计中的关键部分.尤其是对于载荷很小的微型无人机,姿态测量系统就更有研究的必要.设计了由微机电技术(MEMS)传感器组成的姿态测量系统.该系统由三轴磁阻传感器、三轴角速率陀螺和三轴加速度计组成.通过测量载体的动态加速度和角速度进行姿态解算.采用双矢量参考,利用Kalman滤波技术,得到动态的姿态数据.针对微小型无人机的高机动性特别进行了优化.该系统体积小、重量轻、功耗低、无长期漂移.测角为航向、俯仰、滚转.和原有同类系统相比,动态条件下精度大为提高.     

基于TEAMS的惯性测量组合故障诊断

装备的故障诊断能力是装备保障能力的重要方面.针对惯性测量组合故障诊断所面临的问题,深入研究了多信号建模方法,建立了基于TEAMS平台的惯性测量组合多信号模型,分析并对比了不同测试点设置方案的故障源隔离最优测试次序,实现了基于TEAMS的惯性测量组合交互式故障诊断.研究结果表明,基于TEAMS的惯性测量组合故障诊断方法可行且有效,大大提高了装备的保障能力.