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文献检索:
  • 海洋重力测量误差补偿技术
  • 海洋重力场信息在勘探矿源和导航定位等方面都具有重要意义。进行海洋重力实时测量时,重力仪会受到各种外界扰动力的影响,再加上重力敏感器本身稳定性和惯性平台系统性能影响,重力敏感器的输出需要进行一系列数据处理和补偿后才能得到当地重力异常值。研究了重力敏感器安装角误差标定、零位漂移估计和格值修正等重力数据预处理方法。分析了海洋重力测量数据处理流程,主要包括零点漂移补偿、水平加速度误差补偿、厄特弗斯效应修正、高度修正和噪声滤波处理等。对每个数据处理过程都提出了具体补偿算法,并分析了补偿后的重力测量误差。将以上重力数据处理方法应用到实际重力测量,结果表明重力仪能够准确测量出当地重力值,其精度为1 mGal。
  • 考虑准静态缓变量的船体角形变测量
  • 针对船体静态角形变缓慢变化的特征,在Mochalov船体角形变理论和姿态匹配算法的基础上,提出了一种用角速度的一阶Markov过程来描述静态角形变缓慢变化行为的方法。考虑到静态形变角速度变化较慢、相关时间较长的实际情况,一阶Markov过程可进一步简化为随机游走过程。仿真结果表明,视"准静态"角形变为常量的Mochalov角形变模型无法跟踪"准静态"角形变的缓慢变化,精度较差;而新的形变模型不仅能够跟踪缓慢变化的"准静态"角形变,对于转舵等因素引起的短时大幅角形变也同样有效,总形变测量精度优于30″(RMS),这为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。
  • 激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性与外场自标定
  • 惯导系统参数稳定性是决定系统精度的重要因素。基于激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性统计分析,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统外场自标定的加速度计组件误差参数模型。以惯性组合转动后重新调平的水平姿态修正量以及静态下重力测量误差为观测量,不依赖外界方向姿态转角等基准信息,实现了加速度计组件主要误差参数在外场条件下的自标定,并给出了标定参数的修正方法。实验表明,常温下加速度计组件的标定参数发生明显变化,采用外场标定方法可对其进行修正,相应的水平姿态最大误差由65″减小到10″。该方法标定精度好,标定时间短,操作简便,且对基座不稳造成的瞬时姿态小扰动影响有抑制能力。
  • 主惯导旋转调制对传递对准性能的影响
  • 旋转调制技术在调制惯性器件常值误差,有效提高惯导系统长航时导航精度的同时,也引入了由系统旋转而造成的速度误差以旋转周期和旋转周期二倍频波动,这种波动对以速度为匹配量的传递对准有一定的影响。从旋转调制系统的误差特性出发,分析了旋转调制对以速度为匹配量传递对准的有利和不利影响,并针对不同的旋转调制周期进行了仿真验证,仿真结果表明当旋转周期远大于舒勒周期时,旋转调制引起的不利和有利影响都很小,可忽略不计;当旋转周期远小于舒勒周期时,旋转调制可提高子惯导的方位对准精度,但延长了系统的传递对准时间。例如,当旋转周期为3(°)/s时,水平对准时间由3 min延长到4 min,而对准精度由1.2′提高到0.2′;方位对准时间由10 min延长到16 min,而对准精度由2.2′提高到0.4′。
  • 激光陀螺捷联惯组的无定向快速标定技术研究
  • 为了实现激光陀螺捷联惯测组合的高精度快速测试,分析了制约标定时间的诸多因素,改进了测试编排,提出了一种无定向条件下的快速标定技术。通过分析转台轴正角度误差、角位置控制误差对标定精度的影响,改进了速率标定方案,同时提出了一种六位置无定向快速标定方法。时序上充分利用了激光陀螺启动迅速、稳定快、线性度好的特点,在加速度计加温稳定过程中进行速率标定。此外,六位置无定向位置标定可用于全温度范围的快速标定,具有重要的工程应用价值。实际测试结果表明改进的标定方法准确度与传统的高精度标定方法相当,但测试时间由原来的4.5 h缩短到50 min,极大地提升了测试效率。
  • 附加运动约束提高GPS/INS导航参数估计精度
  • 针对GPS/INS组合数据融合处理中存在的仅利用GPS观测信息不能准确估计全部状态参数的问题,提出了将不同运动环境或运动条件下部分参数满足一些特定的条件作为虚拟观测输入滤波器,形成附加运动约束的GPS/INS组合模式的新思路,其关键是如何对附加的运动信息建立准确的函数模型和合理定权。以倍受人们关注的GPS卫星不足4颗时,附加速度高程约束的GPS/INS紧组合模式为例,详细介绍新算法的实施过程。结果表明,新算法能有效提高GPS部分中断情况下的组合系统的导航精度。
  • SINS/GPS紧耦合组合导航
  • 针对可用星数目小于4情况下,SINS/GPS松散组合导航必须转为纯惯性状态,无法解决纯惯性导航参数误差发散的问题,提出了以导航星伪距和伪距率为观测量的紧耦合SINS/GPS组合导航方案。建立了紧耦合系统的数学模型,搭建了硬件系统,并应用于工程实践。车载试验结果表明:当可用星数目小于4时,紧耦合系统定位的纬度误差、经度误差小于100 m,且与导航时长无关,而纯惯性系统定位误差随时间发散,0.5 h纬度误差为1000 m,而1 h时纬度误差增至2000 m左右;当可用星数目大于等于4时,SINS/GPS紧耦合模式其经、纬度误差小于10 m,高程误差小于20 m,而松散组合时误差约为前者3倍。
  • MSINS/GPS全组合系统可观测性分析
  • 卡尔曼滤波是组合导航系统处理数据最常用的算法。首先给出PWCS可观测性定理,然后在G矩阵选星算法的基础上,设计了基于伪距/伪距率的MSINS/GPS紧耦合系统(TCS)的卡尔曼滤波器,在上述量测方程中加入基于GPS载波相位观测量的姿态测量方程,给出了有姿态测量信息的全组合系统(CIS)。最后证明了CIS满足PWCS定理条件,即可以用离散系统的选择可观测性矩阵(SOM)代替相应的连续系统的总可观测性矩阵(TOM)对系统进行可观测性和可观测度的分析。利用奇异值分解(SVD)理论给出了不同可见卫星数时CIS的可观测性分析结果。与不加入姿态观测信息的MSINS/GPS的TCS比较,计算结果表明CIS比TCS具有更好的可观测性和可观测度。
  • 基于神经模糊网络的自适应α-β-γ目标跟踪算法
  • 针对传统α-β-γ滤波器噪声统计特性未知时,受色噪声的影响精度严重降低,甚至出现发散等现象,设计了一种基于神经模糊网络的自适应的α-β-γ滤波跟踪器。该滤波器通过利用神经模糊网络作为误差估计器,估计出α-β-γ滤波器的估计误差,从而对α-β-γ滤波跟踪器的预测结果进行修正,得到更优的预测值。通过计算机仿真以及在图像目标跟踪平台验证结果表明,该算法可以克服传统算法的局限性,有效地防止滤波器发散,缩小实际的滤波误差,提高滤波精度,实现对跟踪结果的在线改进。
  • 基于可观测性分析的光纤陀螺SINS/测速仪组合系统技术
  • 为了简化求可观测度的过程,便于导航时利用状态变量可观测性分析结果进行姿态解算。在仔细研究了分段定常系统(PWCS)的可观测性分析方法,以及基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法的基础上,提出了一种改进的状态可观测性分析方法,该方法在求可观测度时,不需要量测值,利用可观测性矩阵奇异值分解后的V阵即可进行可观测性分析;利用该理论得到的结果,在SINS/测速仪组合导航解算过程中只对可观测度好的俯仰角误差和横滚角误差进行反馈校正,不反馈可观测度较差的航向角误差,仿真结果证明,这种有选择的反馈校正方法可以保证姿态角在导航开始几秒钟内就快速收敛。
  • 应用PID思想的高动态GPS载波跟踪环路设计
  • 传统的GPS载波跟踪环路对载体的高速运动敏感,难以适应动态环境下基带处理的要求,因此提出一种应用PID思想,融合频率误差微分控制项的环路优化设计方案。分析了载波跟踪环路锁相环的基本结构,将环路中对本地数控振荡器的控制近似为PI模型;根据锁相环的相位输出结果,提取频率误差量,作为增加的微分控制项的输入;适当选取模型参数,构建应用PID控制的GPS载波跟踪环路。仿真结果初步表明,改进方案的环路达到稳态时间比原始方案缩短了10 ms以上,在动态适应性方面显著优于传统跟踪环路。
  • 混合粒子联邦滤波在多信息组合导航系统中的应用
  • 在组合导航多信息滤波系统的应用中,会遇到部分子滤波器为非线性系统的情况。提出了一种混合粒子联邦滤波方法,把高斯粒子滤波获取多维高斯分布的计算过程融入到联邦卡尔曼滤波结构框架中,并采用该滤波框架解决混合系统的多信息融合问题,该算法在滤波模型的适应性方面要优于传统的联邦滤波。以组合导航多信息融合问题为例,建立了混合粒子联邦滤波模型,对该算法进行了仿真,仿真结果验证了混合粒子联邦滤波的有效性。
  • 基于外推和级联积分梳状滤波器的多普勒插值方法
  • INS/GPS深组合导航系统的本地码和载波数控振荡器(NCO)控制量的计算需要利用滤波修正后的惯导位置信息或速度信息,其中的多普勒频移计算需要同时利用位置和速度信息。基带I、Q信息的更新率通常为1 kHz,利用惯导信息解算出的多普勒频移为100 Hz,利用级联积分梳状(CIC)滤波器进行插值有效解决了二者更新率的匹配问题。此外,导航滤波器的更新频率通常为1 Hz,惯导解算频率为100 Hz,对于低精度惯导系统,在滤波修正周期之间误差累积较快,利用外推方法有效控制了惯导解算误差。通过半实物仿真分析,基于外推和CIC滤波器的在线插值结果与基于B-样条插值结果对比,误差标准差约为1 Hz,误差的频谱被限定在0.02 Hz以内,结果表明了该方法的有效性。
  • 低成本车载导航仪的组合导航算法设计
  • 针对GPS信号间歇性受阻而无法持续导航的问题,提出了一种由GPS、微惯性导航系统,以及电子罗盘构建车载组合导航系统的方案。以GPS位置信息是否有效为判断条件,设计了组合策略。当GPS信息有效时,采用以位置误差作为观测量的组合导航算法;当GPS信息无效时,引入速度约束辅助导航算法。试验表明,该组合策略能够在GPS有效时提供高精度的姿态、速度和位置信息,在GPS失效时,使位置误差得到有效抑制,从而保证了车载导航仪的导航精度和导航信息的持续性。
  • DVL安装角估计方法在水下组合导航系统中的应用
  • 对于INS/DVL组合导航系统,如何准确估计出DVL与载体之间的安装关系是影响组合导航系统精度的关键因素,针对该问题提出了一种在线迭代递推算法,应用卡尔曼滤波技术,对此安装关系进行估计。并对安装关系中的状态变量的可观性进行分析,给出了满足可观性所需的条件以及舰船运动方式。设计出了估计滤波器,并进行了实际船载实验。实验结果表明:在安装角误差小于10°的情况下,迭代计算两次后误差小于0.1°,估计精度满足要求,算法有效可行。该方法代替了人工光学标定方法,具有很好的工程应用价值。
  • 双弱连接结构的高精度超流体陀螺的量程分析
  • 基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺研究是当前高性能新原理陀螺技术研究的一个重要方向。低温物理中基于交流约瑟夫森效应敏感转动角速度的典型双弱连接超流体陀螺方案原理上具有高灵敏度的技术优势,从工作原理上来说目前该方案要发展成有实用性陀螺仪面临着量程小这一关键问题,仿真分析表明了量程的范围与敏感面积和约瑟夫森频率的影响关系,并显示了仅调整这两个参数扩展量程范围的局限性,进而在此基础上研究了扩展量程的改进思路和方法。
  • 一种微机械有限元仿真的多重网格预处理方法
  • 在微机械结构设计中常用有限元方法进行仿真,然而,通用的三维有限元仿真算法在进行有限元分析时耗时较长,影响了仿真效率。针对常规MEMS工艺仅有二维成形能力的特征,提出了将二维多重网格方法融入条件共轭梯度法的预处理的方法。并以一种"三明治"式微加速度计的ANSYS模态分析为具体算例,提出了用多重网格思想对网点分布进行插值以求在不太提高条件数的情况下提高对这类低频非局部振型的模态分析问题的求解精度的二维预处理算法。所提出的多重网络的网络划分预处理算法将预处理前后的同精度分析计算时间由206 min减少到38 min,但相对精度从0.018%降低到了0.038%。这种算法可用于二维成形结构的静力分析和模态分析并提高设计效率。
  • 微机械杠杆力放大效果的计算和提高
  • 硅微谐振式加速度计是一种高精度的惯性传感器,它通过谐振梁刚度随惯性力的变化检测输入加速度的大小。为了得到较高的标度因数,国内外的研究机构普遍使用微机械杠杆机构来放大惯性力,但实验中微机械杠杆往往达不到理想的放大倍数,尤其是多级杠杆对力的放大作用非常有限。结合国内加工条件,微机械杠杆力放大机构的模型被合理简化,使用有限元分析运动模态的方法,分别计算微机械杠杆、检测质量支撑梁以及谐振梁的刚度,并按此仿真计算结果估算微机械杠杆的力放大倍数。通过理论推导、ANSYS仿真和对微机械杠杆实验的结果验证了这种方法的正确性。为分析微机械杠杆实际的力放大效果提供了一种实用方法,并基于此方法提出通过提高输出刚度来提高微机械杠杆力放大倍数的方法。通过对杠杆结构的优化,可将原有3.9倍的杠杆放大倍数提高到7.0倍。
  • 基于小波最小二乘支持向量机的加速度计温度建模和补偿
  • 针对环境温度影响加速度计测量精度的问题,给出了温度对石英挠性加速度计零偏和标度因数的影响机理,提出采用小波最小二乘支持向量回归建立石英挠性加速度计零偏和标度因数的温度模型的方法。为了验证模型的有效性,进行了多个温度点下的参数标定试验,所获取的各温度点下的石英挠性加速度计零偏和标度因数作为小波最小二乘支持向量机模型的训练数据;将石英挠性加速度计固定在某一位置进行了升温试验,通过对比未进行温度补偿、最小二乘温度补偿和小波最小二乘支持向量回归温度补偿下石英挠性加速度计的输出,计算结果表明采用小波最小二乘支持向量机补偿后的石英挠性加速度计的测量精度最高。
  • 基于随机共振的数字闭环光纤陀螺死区现象抑制
  • 为抑制数据闭环光纤陀螺中死区现象引致的非线性性,实验研究了随机共振效应对系统信噪比的影响。实验结果表明,以电阻热噪声作为原始噪声源,配合适当的电路设计,可获得带宽可调、零均值、正态分布的随机噪声;在陀螺闭环反馈环节中的A/D转换器前,引入相应随机噪声,利用二值量化系统的非线性性,基于随机共振效应,可以提高系统信噪比,将陀螺的死区阈值从0.37o/h降至0.15o/h。此外,对于给定的陀螺系统,噪声强度、带宽和采样频率的选择不同,抑制死区现象的效果亦不同。进一步的理论分析表明,该方法可以广泛适用于基于数字闭环结构的微弱信号检测系统。
  • 一种确保激光陀螺低温启动的辅助启辉方法
  • 激光陀螺在低温下启辉电压过高,严重影响了其工程应用。为了确保低温下陀螺可靠启动,借鉴激光器领域内的预电离技术,提出一种激光陀螺辅助启辉方法。在陀螺谐振腔阴极附近放置一个辅助启辉发光装置,发射高能量光束照射陀螺谐振腔阴极内表面,增加阴极的次级电子发射能力,可以有效降低陀螺辉光放电电压。分别利用紫外气体发光管和紫外波段半导体发光二极管作为光源进行了陀螺启辉电压对比试验,结果表明:低温下两种光源均可有效降低陀螺启辉电压,但两者降低启辉电压的效率有差异,紫外灯效率在5%~30%之间,紫外波段的半导体发光二极管的效率在12%~28%之间,前者降低电压离散性较大,后者较为均匀,综合看,后者效果更为显著。
  • 布里渊光纤陀螺增大动态范围新方案
  • 针对布里渊光纤陀螺动态范围较小的问题,在比较了以往各种方案动态范围的基础上,提出了一种基于光强补偿的布里渊光纤陀螺动态范围增大方案。该方案使用大功率窄带激光器做泵浦源,在光路中引入光衰减器以及分光比不对称的耦合器,并通过反馈回路对两路光光强进行实时调节,从而可以消除泵浦游走效应对布里渊光纤陀螺动态范围的影响。通过分析和仿真结果可知,该方案改进后的布里渊光纤陀螺拥有理论上的无限动态范围,同时该陀螺的克尔效应也得到了抑制,抑制程度取决于光源的强度噪声误差量。最后对改进后方案的检测精度进行了分析,结果表明该方案对布里渊光纤陀螺的检测精度不产生影响。
  • 高加速应力筛选试验中惯性器件性能建模与一致性测试
  • 针对高加速应力筛选(High Accelerated Stress Screening)试验中对受试产品剩余寿命的要求,在惯性器件剩余寿命降低到一定程度后其性能会发生变化的前提下,提出了一种考核惯性产品寿命受高加速应力影响的方法。首先在高加速应力筛选试验前测试惯性器件的关键性能,以信噪比(SNR)和相关度(ρ)为评价原则利用自回归(Auto Regressive)方法对性能指标测试参数进行建模,确定最优模型阶数;使用Burg方法计算AR模型系数。在惯性器件经受了高加速应力筛选试验后测试惯性器件的性能参数,利用Chow检验方法对加速应力筛选试验前后的性能测试参数进行检验,在一定置信度条件下考察性能参数是否发生了显著性变化,进而对高加速应力筛选试验是否影响惯性器件的剩余寿命进行判定。最后通过某型加速度计高加速应力试验进行了验证。
  • 基于蒙特卡罗法的弹道导弹落点密集度验前估计
  • 为获得弹道导弹落点密集度的验前估计,应用蒙特卡罗法设计了一种基于制导工具误差的模拟打靶试验统计方法。建立了由制导工具误差到导弹飞行主动段终点偏差的误差传递方程,推导出18项参数的环境函数矩阵,然后利用椭圆弹道理论将主动段终点偏差折算落点偏差,完成了由靶场验前测试数据到落点密集度的统计试验估计模型。实现了伪随机数的产生和抽样,并对其进行了参数检验、均匀性检验和随机性检验。利用某型弹道导弹靶场单元测试数据进行模拟打靶试验,统计试验结果得到落点CEP和密集度的估计值和置信区间。飞行试验结果证实了该方法的可行性。
  • 基于激光干涉条纹的联合基座相对变形测量方法
  • 在联合基座上安装CCD光电变形测量系统发射和接收单元,通过测量所得图像中条纹倾角的变化,来检测基座扭转角的变化,通过测得条纹中心位置在焦平面X和Y方向的变化来检测横向和纵向变形。针对条纹图像,通过对每个条纹放大以及条纹单行图像像素的灰度值细分,可以得出条纹每一行的中心点,所有行的中心点连线构成条纹的中轴骨架线,从而形成一种新的条纹细分检测方法;然后将细分后的条纹分组排列,根据所有条纹斜率相同,分组后组内和组间间距近似为常值的前提条件进行最小二乘拟合和运算便可求取倾角。误差分析计算和试验结果表明,系统对扭转角的检测精度可以达到25″,对横向和纵向变形的检测精度可达5″,成为试验船的实用方法。
  • 《中国惯性技术学报》征稿简则
  • 《中国惯性技术学报》是由中国科协主管,中国惯性技术学会主办的面向全国的自然科学专业性学术刊物。它以邓小平理论、“三个代表”、科学发展观为指导思想,以传播先进科技成果和信息,促进惯性技术发展、培养科技人才,为国防现代化和国民经济建设服务为宗旨。
  • 海洋重力测量误差补偿技术(奚碚华 于浩 周贤高)
    考虑准静态缓变量的船体角形变测量(郑佳兴 秦石乔 王省书 黄宗升)
    激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性与外场自标定(吴文启 张岩 张晓强 潘献飞)
    主惯导旋转调制对传递对准性能的影响(刘为任[1] 唐艳[2] 朱蕾[3] 庄良杰[1])
    激光陀螺捷联惯组的无定向快速标定技术研究(蔚国强 杨建业 张合新)
    附加运动约束提高GPS/INS导航参数估计精度(柴艳菊 阳仁贵 王海涛 钟世明 欧吉坤 袁运斌)
    SINS/GPS紧耦合组合导航(郑辛 付梦印)
    MSINS/GPS全组合系统可观测性分析(胡小毛 刘飞 翁海娜)
    基于神经模糊网络的自适应α-β-γ目标跟踪算法(孙强[1,2] 惠晓滨[1] 黄鹤[3])
    基于可观测性分析的光纤陀螺SINS/测速仪组合系统技术(朱兰伟 张燕 蔡春龙)
    应用PID思想的高动态GPS载波跟踪环路设计(高帅和 赵琳 丁继成)
    混合粒子联邦滤波在多信息组合导航系统中的应用(赖际舟 周翟和 刘建业 熊剑)
    基于外推和级联积分梳状滤波器的多普勒插值方法(罗勇 吴文启 何晓峰 郭瑶)
    低成本车载导航仪的组合导航算法设计(袁赣南[1] 梁海波[1] 何昆鹏[1] 王文[2])
    DVL安装角估计方法在水下组合导航系统中的应用(朱春云 庄广琛 宋雅兰 马小艳)
    双弱连接结构的高精度超流体陀螺的量程分析(谢征 刘建业 赵伟 冯铭瑜)
    一种微机械有限元仿真的多重网格预处理方法(万蔡辛 李丹东 梁新建)
    微机械杠杆力放大效果的计算和提高(胡淏 董景新 刘云峰 曹宇)
    基于小波最小二乘支持向量机的加速度计温度建模和补偿(于湘涛 张兰 郭琳瑞 周峰 于皓)
    基于随机共振的数字闭环光纤陀螺死区现象抑制(王马华[1,2] 朱光平[2])
    一种确保激光陀螺低温启动的辅助启辉方法(任晓军[1] 李霖[2] 田海峰[2] 崔玉娟[2] 杨磊[2])
    布里渊光纤陀螺增大动态范围新方案(洪伟 李绪友 杨汉瑞 赵春兰 杨慧慧)
    高加速应力筛选试验中惯性器件性能建模与一致性测试(李敏 陈云霞 康锐)
    基于蒙特卡罗法的弹道导弹落点密集度验前估计(郑小兵[1,2] 董景新[1] 张志国[2] 孟令晶[2])
    基于激光干涉条纹的联合基座相对变形测量方法(蔡迎波 李德彪)
    《中国惯性技术学报》征稿简则
    《中国惯性技术学报》封面

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