光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展

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作者 查峰 卜浩宇 +1 位作者 戴海发 童余德 《弹箭与制导学报》 北大核心 2024年第5期25-37,共13页

面向长航时、高精度的自主导航技术需求,系统梳理光学陀螺旋转调制惯导系统的发展历程及关键技术现状具有重要的现实意义。首先,基于惯导系统误差特性,阐述了旋转调制技术的基本原理。其次,系统回顾和梳理欧美等西方国家旋转惯导系统发... 面向长航时、高精度的自主导航技术需求,系统梳理光学陀螺旋转调制惯导系统的发展历程及关键技术现状具有重要的现实意义。首先,基于惯导系统误差特性,阐述了旋转调制技术的基本原理。其次,系统回顾和梳理欧美等西方国家旋转惯导系统发展历程,分析了系统发展演变后的技术逻辑,总结了我国旋转惯导系统的研制现状。最后,立足于提高系统自主导航精度,从旋转策略优化、误差标校、初始对准3个方面分析了旋转惯导系统需解决的关键技术及研究现状。在总结光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展基础上,针对后续旋转惯导系统研究提出了几点思考,为高精度自主导航技术研究提供参考。 展开更多

关键词 激光陀螺 光纤陀螺 旋转调制 旋转惯导 旋转策略 惯性导航 误差补偿 在线标定

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陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响 被引量：1

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作者 高贤志 《舰船科学技术》 北大核心 2014年第9期122-124,135,共4页

采用旋转调制技术可以抑制惯导系统误差随时间发散的趋势,然而,随机误差是限制旋转惯导系统精度继续提高的因素之一。对于高精度应用领域,陀螺角度随机游走误差也是惯导系统设计时考虑的因素。本文从对准和导航2个过程出发,研究陀螺角... 采用旋转调制技术可以抑制惯导系统误差随时间发散的趋势,然而,随机误差是限制旋转惯导系统精度继续提高的因素之一。对于高精度应用领域,陀螺角度随机游走误差也是惯导系统设计时考虑的因素。本文从对准和导航2个过程出发,研究陀螺角度随机游走误差对惯导系统的影响,结合激光陀螺实测数据进行艾伦方差分析,并利用实测结果进行仿真验证。结果表明,陀螺角度随机游走引起惯导系统振荡误差,0.0005°/√h的角度随机游走导航7天引起的位置误差大约1.3 nm。 展开更多

关键词 随机误差 角度随机游走 旋转惯导 艾伦方差

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单轴旋转惯导系统中陀螺漂移的精确校准 被引量：15

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作者 于旭东 王宇 +3 位作者 张鹏飞 谢元平 汤建勋 龙兴武 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1201-1207,共7页

基于惯导系统的误差传播特性和轴向陀螺对经纬度误差的影响规律,提出了精确校准轴向陀螺漂移的方法以解决在单轴旋转惯导系统中单轴旋转只能自动补偿与转轴垂直的陀螺漂移,不能补偿轴向陀螺漂移的问题。首先,介绍了单轴旋转惯导系统自... 基于惯导系统的误差传播特性和轴向陀螺对经纬度误差的影响规律,提出了精确校准轴向陀螺漂移的方法以解决在单轴旋转惯导系统中单轴旋转只能自动补偿与转轴垂直的陀螺漂移,不能补偿轴向陀螺漂移的问题。首先,介绍了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理。然后,在静基座的条件下分析了轴向陀螺漂移、初始方位和姿态角误差、初始速度误差等对经纬度的影响规律。提出了一种利用经纬度误差作为观测量,采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确校准的新方法。最后,利用激光陀螺单轴旋转惯导系统进行了静态导航试验和跑车试验。实验结果显示,该方法对轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.000 5(°)/h,系统的定位精度优于1nm/72h。该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移,使系统达到较高的导航精度,具有很强的工程实用价值。 展开更多

关键词 单轴旋转 惯导系统 陀螺漂移 精确校准 最小二乘法

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一种改进的双轴旋转惯导系统误差调制方案 被引量：4

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作者 查峰 位秋硕 何泓洋 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2023年第2期180-186,共7页

旋转惯性导航系统通过让惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)周期性地绕一个或多个轴旋转来调制系统误差。合理的旋转方案应尽可能消除惯性器件引起的系统误差,同时在IMU时不应引入新的误差。提出了一种改进的双轴旋转惯性导... 旋转惯性导航系统通过让惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)周期性地绕一个或多个轴旋转来调制系统误差。合理的旋转方案应尽可能消除惯性器件引起的系统误差,同时在IMU时不应引入新的误差。提出了一种改进的双轴旋转惯性导航系统的综合误差调制方案,方案不仅可以调制惯性器件的常值误差,而且可以抑制由刻度系数误差、安装误差与IMU旋转运动耦合而引起的额外误差。与常见的16位置旋转方案相比,耦合误差被调制为零均值周期形式,且误差幅度减小一半,从而减小了系统的速度误差和位置误差。数学分析和仿真试验表明,在相同综合误差条件下,旋转方案将纬度误差由常见16位置旋转方案的0.3831n mile/72h降低到0.1910n mile/72h,经度误差从1.1071 n mile/72h降低到0.4627 n mile/72h。 展开更多

关键词 旋转惯性导航系统 旋转方案 误差补偿 调制

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旋转惯导系统中的圆锥误差分析及其补偿 被引量：5

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作者 赖际舟 吕品 +1 位作者 张玲 刘建业 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期159-164,共6页

圆锥误差是由转动不可交换性误差引起的,存在于惯导系统导航解算的一种误差形式。由于基于旋转调制方式的惯导系统运动模式与传统捷联惯导系统不同,因此圆锥误差的表现形式也会发生相应变化。首先建立了旋转调制惯导系统的圆锥运动模型... 圆锥误差是由转动不可交换性误差引起的,存在于惯导系统导航解算的一种误差形式。由于基于旋转调制方式的惯导系统运动模式与传统捷联惯导系统不同,因此圆锥误差的表现形式也会发生相应变化。首先建立了旋转调制惯导系统的圆锥运动模型,对其不可交换性误差进行了推导。在此基础上分析了基于等效旋转矢量的多子样算法在旋转惯导系统圆锥误差补偿中的应用效果以及旋转方案对圆锥误差补偿的影响,最终通过仿真对理论分析进行了验证。仿真结果表明,圆锥误差对于旋转惯导系统的影响要大于传统惯导系统,但可以通过改变旋转方式来对圆锥误差进行抑制。 展开更多

关键词 惯性导航 旋转惯导系统 转动不可交换性误差 多子样算法 圆锥误差补偿

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一维激光多普勒测速仪/单轴旋转惯导组合车载高程测量方法(特邀) 被引量：3

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作者 高春峰 魏国 +4 位作者 王琦 熊振宇 杨泽坤 周文健 刘万青 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期1-9,共9页

采用一维激光多普勒测速仪与单轴旋转惯性导航系统组合的方式,利用单轴旋转惯导系统倾角补偿后的姿态输出为测速仪提供高精度姿态基准,探索提高一维激光测速仪高程测量精度的新方法。针对双光束差动结构的一维激光测速仪高程测量原理及... 采用一维激光多普勒测速仪与单轴旋转惯性导航系统组合的方式,利用单轴旋转惯导系统倾角补偿后的姿态输出为测速仪提供高精度姿态基准,探索提高一维激光测速仪高程测量精度的新方法。针对双光束差动结构的一维激光测速仪高程测量原理及单轴旋转惯导系统倾角误差补偿方法进行了研究,以车载的方式对设计的高程测量方法进行了试验验证。完成了两组35~40min跑车测试,第一组试验高程测量最大误差为-2.67m,标准差为1.0094m;第二组试验高程测量的最大误差为1.68m,标准差为0.5880m,达到了车载情况下连续动态高程测量精度优于3m的预期指标。相关试验结果证明了基于单轴旋转惯性导航系统的车载一维激光多普勒测速仪高程测量方法的有效性。 展开更多

关键词 组合导航 高程测量 激光多普勒测速 单轴旋转调制惯导系统 姿态误差补偿

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单轴旋转捷联惯导系统圆锥误差分析与仿真 被引量：3

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作者 丁鹏 程向红 刘文倩 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期28-34,共7页

刚体的有限转动存在不可交换性,导致捷联惯导(SINS)在圆锥运动环境下进行导航解算时会产生圆锥误差。由于单轴旋转调制惯导(RINS)和纯捷联惯导(SINS)在圆锥环境下的运动模型不同,因此圆锥误差及其补偿效果也会发生相应改变。首先构建了... 刚体的有限转动存在不可交换性,导致捷联惯导(SINS)在圆锥运动环境下进行导航解算时会产生圆锥误差。由于单轴旋转调制惯导(RINS)和纯捷联惯导(SINS)在圆锥环境下的运动模型不同,因此圆锥误差及其补偿效果也会发生相应改变。首先构建了单轴RINS在圆锥运动下的数学模型,其次分析了基于角速率的多子样旋转矢量算法下的不可交换性误差及圆锥误差补偿算法,然后研究了转位方案对单轴RINS中圆锥补偿项的影响,最后通过仿真验证理论分析。仿真结果表明,单轴RINS下的圆锥误差要大于SINS,采用四位置转停方案可明显降低圆锥误差,启停阶段的航向角误差比停转阶段的误差大3个数量级,基于角速率的四子样旋转矢量算法补偿精度高于其他子样算法1个数量级。单轴RINS圆锥误差分析与仿真为旋转调制惯导系统精度的提升提供了有益的参考。 展开更多

关键词 单轴旋转惯导 多子样旋转矢量补偿 圆锥误差 转位方案

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旋转型惯导系统自标定中的电机控制 被引量：3

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作者 刘建 王玮 《自动化与仪表》 北大核心 2013年第10期1-4,47,共5页

旋转型惯导系统借助自身旋转机构可实现自标定,这也对旋转机构的控制提出了较高的要求。通过对标定精度要求的分析,提出了旋转控制需达到的精度,建立了相应旋转机构的控制回路模型,并研究了控制器参数的选取方法。实验测试结果表明,该... 旋转型惯导系统借助自身旋转机构可实现自标定,这也对旋转机构的控制提出了较高的要求。通过对标定精度要求的分析,提出了旋转控制需达到的精度,建立了相应旋转机构的控制回路模型,并研究了控制器参数的选取方法。实验测试结果表明,该控制系统的角度控制误差约10″,在此控制系统下的标定结果满足设计要求。 展开更多

关键词 标定 标定精度 旋转惯导系统 PID控制

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双轴旋转惯导中转位机构模型解耦及自适应控制 被引量：2

9

作者 郭育青 杨功流 《现代电子技术》 2013年第1期94-98,共5页

双轴旋转惯导中转位机构在动态环境下存在的轴间非线性耦合是影响系统控制性能以及导航精度的重要因素。为了解决这一问题,首先建立了转位机构的一般化耦合数学模型,采用Singh算法求出了逆系统,运用非线性解耦的方法进行了解耦控制律设... 双轴旋转惯导中转位机构在动态环境下存在的轴间非线性耦合是影响系统控制性能以及导航精度的重要因素。为了解决这一问题,首先建立了转位机构的一般化耦合数学模型,采用Singh算法求出了逆系统,运用非线性解耦的方法进行了解耦控制律设计。为了进一步解决解耦算法对模型的强依赖性问题,基于超稳定性和正性的方法进行了自适应模型跟随控制器设计。结果表明,自适应模型跟随控制器能够保证系统在系统参数变化甚至是阶次变化时仍具有较好的控制性能。 展开更多

关键词 逆系统 模型解耦 适应控制 转位机构 双轴旋转惯导

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一种双轴旋转惯性导航系统的重要参数快速自标定方法 被引量：1

10

作者 尹俊杰 李志强 +2 位作者 陈雨 王盛 宋天骁 《导航定位与授时》 CSCD 2023年第3期80-88,共9页

为了提高双轴旋转惯导重要参数标定的快速性和精度,提出一种快速自标定方法。通过设置不同的标定路径可以在10 min内完成陀螺和加速度计的零偏以及标度因数误差的标定。该方法利用基于姿态误差观测的卡尔曼滤波完成陀螺零偏的估计。通... 为了提高双轴旋转惯导重要参数标定的快速性和精度,提出一种快速自标定方法。通过设置不同的标定路径可以在10 min内完成陀螺和加速度计的零偏以及标度因数误差的标定。该方法利用基于姿态误差观测的卡尔曼滤波完成陀螺零偏的估计。通过六位置翻滚并以速度误差作为观测量进行卡尔曼滤波,完成加速度计的零偏及标度因数误差的标定。使天向陀螺绕方位轴旋转4周,使水平陀螺绕水平轴转动4周,通过计算旋转前后的姿态误差完成陀螺标度因数误差的估计。仿真和试验结果表明,该方法可以实现双轴旋转惯导重要参数10 min内完成自标定,且具有较高的精度。 展开更多

关键词 快速自标定 卡尔曼滤波 双轴旋转式惯导

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水下惯性/重力匹配自主导航综述 被引量：22

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作者 付梦印 刘飞 +2 位作者 袁书明 欧阳永忠 王博 《水下无人系统学报》 2017年第2期31-43,共13页

水下自主导航是实现我国海洋战略的关键技术,水下惯性/重力匹配导航技术因其高精度、长航时和隐蔽性等特点,已成为水下自主导航的重要手段。文中论述了水下惯性/重力匹配导航技术的重要性;详细介绍了惯性/重力匹配导航的关键技术点及发... 水下自主导航是实现我国海洋战略的关键技术,水下惯性/重力匹配导航技术因其高精度、长航时和隐蔽性等特点,已成为水下自主导航的重要手段。文中论述了水下惯性/重力匹配导航技术的重要性;详细介绍了惯性/重力匹配导航的关键技术点及发展现状,包括旋转调制惯性导航系统、重力图构建、重力实时测量、重力补偿、重力匹配和综合校正;指出了该领域的研究重点和方向,并针对水下高速航行器导航关键技术提出了解决思路。文中的研究可为水下高精度自主导航研究提供参考。 展开更多

关键词 惯性/重力匹配 自主导航 旋转调制惯导系统 重力匹配算法 水下高速航行器

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基于双轴旋转惯导的舰船航向误差动态评估方法 被引量：9

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作者 王超 史文森 +2 位作者 郭正东 蔡鹏 姜暖 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期551-555,共5页

针对无外界参考航向信息情况下的舰船航向误差实时动态评估问题,提出一种基于双轴旋转惯导的动态评估方法。通过对比分析引起双轴旋转惯导航向误差和纬度误差的传播规律,建立了双轴旋转惯导纬度误差和航向误差之间的关联性模型。根据二... 针对无外界参考航向信息情况下的舰船航向误差实时动态评估问题,提出一种基于双轴旋转惯导的动态评估方法。通过对比分析引起双轴旋转惯导航向误差和纬度误差的传播规律,建立了双轴旋转惯导纬度误差和航向误差之间的关联性模型。根据二者之间的关联性模型,在可获取外部参考位置信息的条件下,利用双轴旋转惯导纬度误差对航向误差进行实时动态估计与补偿,实现了基于双轴旋转惯导的舰船航向误差动态评估。仿真结果验证了所提出的基于双轴旋转惯导的舰船航向误差动态评估方法有效性:通过对双轴旋转惯导航向误差进行估计与补偿,双轴旋转惯导航向误差最大值约为0.28′,标准差约为0.0808′,满足高精度舰船惯性导航系统航向精度的动态评估需求。 展开更多

关键词 双轴旋转惯导 航向误差 纬度误差 关联性 动态评估

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旋转惯导姿态误差补偿方法分析

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作者 张永宾 颜苗 +2 位作者 王太勇 李德春 孙伟强 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第20期148-152,共5页

旋转惯导能够实现误差自补偿,从而提高系统导航精度。但旋转惯导中的旋转结构较为复杂,存在轴系的非正交误差、测角误差等,导致姿态输出随着旋转而发生波动,影响着惯导姿态解调输出的精度。针对惯导姿态误差补偿方法,选取4种常用的拟合... 旋转惯导能够实现误差自补偿,从而提高系统导航精度。但旋转惯导中的旋转结构较为复杂,存在轴系的非正交误差、测角误差等,导致姿态输出随着旋转而发生波动,影响着惯导姿态解调输出的精度。针对惯导姿态误差补偿方法,选取4种常用的拟合补偿方法进行讨论,并结合实际采集数据,进行试验比对与分析,为后续工程应用提供参考。 展开更多

关键词 单轴 旋转惯导 姿态误差补偿

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一种旋转调制惯导系统的复合旋转控制算法 被引量：4

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作者 邓志红 蔡山波 +1 位作者 王博 付梦印 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期2610-2616,共7页

首先分析了旋转平台控制误差对惯导系统(inertial navigation system,INS)调制效果的影响;然后建立了旋转平台的数学模型,结合旋转调制误差抑制效果对控制性能的要求,提出了一种自抗扰和滑模变结构相结合的复合旋转控制方法,该方法充分... 首先分析了旋转平台控制误差对惯导系统(inertial navigation system,INS)调制效果的影响;然后建立了旋转平台的数学模型,结合旋转调制误差抑制效果对控制性能的要求,提出了一种自抗扰和滑模变结构相结合的复合旋转控制方法,该方法充分利用了滑模变结构控制快速减小误差的优势和自抗扰控制的精确估计能力,并设计了融合策略。仿真和实验结果表明,相比于传统PID控制方法,本文方法减小了旋转平台转速控制误差,且使反向角度超调误差和调节时间都减小了50%以上,提高了旋转调制惯导系统的性能。 展开更多

关键词 旋转调制 惯导系统 误差抑制 自抗扰控制 滑模变结构控制 复合控制

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一种弹载单轴旋转式捷联惯导系统在架标定方法

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作者 张玉格 吉云飞 向政 《导航与控制》 2024年第1期34-44,共11页

捷联惯导系统经长时间存放,其模型参数相对实验室标定值会产生较大变化,导致系统无法满足导航精度要求。为适应弹载捷联惯导系统长期稳定使用的需求,降低定期标定的保障成本,提出了一种弹载单轴旋转式捷联惯导系统在架标定方法。该方法... 捷联惯导系统经长时间存放,其模型参数相对实验室标定值会产生较大变化,导致系统无法满足导航精度要求。为适应弹载捷联惯导系统长期稳定使用的需求,降低定期标定的保障成本,提出了一种弹载单轴旋转式捷联惯导系统在架标定方法。该方法通过分析不同机动状态与惯导待标定参数的激励关系设计标定路径,采用状态变换扩展卡尔曼滤波(STEKF)估计各状态量,并在计算速度观测量时考虑了外杆臂误差的影响。仿真结果表明,该方案可在10 min内实现陀螺仪和加速度计零偏以及刻度因数的标定,且在有振动噪声干扰的情况下,STEKF模型的估计精度优于卡尔曼滤波(KF)模型。STEKF模型估计得到的状态量相对误差均小于15%,加速度计各项参数相对误差均小于8%。通过外场试验验证,该标定方法可较准确地标定出惯导零偏和刻度因数。 展开更多

关键词 在架标定 状态变换扩展卡尔曼滤波 单轴旋转式捷联惯导系统 可观测度 外杆臂

原文传递

基于加速度计信息的单轴旋转惯导混合水平阻尼方案 被引量：2

16

作者 王超 朱海 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期91-94,共4页

为提高单轴旋转惯导系统的导航精度,将水平阻尼网络应用到单轴旋转惯导中,提出基于加速度计测量信息的单轴旋转惯导混合水平阻尼方案.该方案根据加速度计的测量信息得到载体的等效加速度,而后根据载体机动时的初始速度和加速度得到载体... 为提高单轴旋转惯导系统的导航精度,将水平阻尼网络应用到单轴旋转惯导中,提出基于加速度计测量信息的单轴旋转惯导混合水平阻尼方案.该方案根据加速度计的测量信息得到载体的等效加速度,而后根据载体机动时的初始速度和加速度得到载体机动过程中的外速度信息,采用外水平阻尼结构,将外速度经过网络加入惯导系统中,为系统提供一条补偿通道,实现水平阻尼.理论分析和仿真结果表明,在单轴旋转惯导中加入水平阻尼网络,可以消除系统舒拉周期和傅科周期振荡误差;提出的混合水平阻尼方案可降低载体机动对系统精度的影响,同时避免了需要实时获取准确外部参考速度信息的限制. 展开更多

关键词 单轴旋转惯导系统(SRINS) 阻尼网络 内水平阻尼 外水平阻尼 混合水平阻尼

原文传递

单轴旋转惯导纬度误差和航向误差关联性分析

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作者 王超 郭正东 +1 位作者 高大远 朱海荣 《海军航空工程学院学报》 2020年第6期465-470,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 单轴旋转惯导 纬度误差 航向误差 关联性

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