双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始
对准技术研究
双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究
摘要：针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统在使用过程中存在的初始对准不准确、对准时间过长等问题，本文对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术进行研究。首先分析了传统初始对准方法的原理及其存在的局限性，在此基础上提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，通过该方法优化了系统的初始对准精度。同时，还对系统的初始对准时间进行了研究，提出了一种自适应算法，根据系统的实际状况进行相应的调整，实现了较快的初始对准时间。最后通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，实验结果表明，该方法具有较高的精度和较短的初始对准时间，可以为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。
关键词：双轴连续旋转调制捷联惯导系统；初始对准；旋转矩阵；自适应算法；仿真实验。
1. 引言
惯性导航系统是一种基于惯性力学原理进行导航的技术，它具有独立性、连续性和精度高等优点，在军事、航空、航天和海洋等领域都有广泛的应用。其中，捷联惯导系统是惯性导航系统的重要组成部分，它通过多个惯性传感器的测量和信号处理，实现位置、速度和姿态等参数的估计和更新。双轴连续旋转调
制捷联惯导系统是捷联惯导系统中的一种常见形式，它具有多个优点，如精度高、稳定性好、抗干扰能力强等。
但是，在使用双轴连续旋转调制捷联惯导系统时，必须进行初始对准，以保证系统的工作性能。通常采用的传统初始对准方法包括水平对准、方位对准和姿态对准等。但是，这些方法存在一些局限性，如准确度低、对准时间长等。因此，如何改进双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术，成为了当前研究的热点和难点。
本文针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准问题，提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，并设计了一种自适应算法，可以根据系统的实际状况进行相应的调整，从而实现较快的初始对准时间。最后，通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。
2. 传统初始对准方法的局限性
传统初始对准方法包括水平对准、方位对准和姿态对准等。这些方法的原理和步骤比较简单，但是存在一些局限性：
（1）准确度低：由于环境因素的影响，传统初始对准方法很难达到较高的准确度，甚至在某些情况下，对准误差会超过系统的容许范围。
（2）对准时间长：传统初始对准方法需要反复调整，耗时较
长，影响系统的效率和使用寿命。
（3）受制于环境条件：传统初始对准方法对环境条件要求较高，如在平地、空旷的地方，天气条件良好等，一旦环境发生变化，该方法的可靠性和稳定性就会受到影响。
综上所述，传统初始对准方法的局限性极大，需要寻找新的初始对准方法和技术。
3. 基于旋转矩阵的新的初始对准方法
为了提高双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准精度，本文提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法。旋转矩阵是一种描述空间旋转的数学工具，它可以方便地表示物体在三维空间中的方向和姿态等参数。因此，通过旋转矩阵，可以更加精确地计算系统的姿态角度，从而提高系统的初始对准精度。
具体实现步骤如下：
（1）首先将系统的相应轴向旋转一个小角度，例如，将系统
的x轴向旋转一个角度α，y轴向旋转一个角度β，z轴向旋转一个角度γ。
（2）利用旋转矩阵的乘积原理，计算出旋转矩阵R。
（3）根据旋转矩阵R，计算出系统的姿态角度，包括俯仰角、偏航角和横滚角等。
（4）根据计算的姿态角度，反向旋转系统，使其恢复原来的状态。
（5）重复以上步骤，直到达到足够的精度要求。
通过以上步骤可以得到系统的精确姿态角度，并且不受环境条件的限制，因此可以提高初始对准精度，同时还可以减少初始对准时间。
4. 自适应算法的设计
为了进一步优化初始对准时间，本文设计了一种自适应算法。该算法根据系统的实际状况进行相应的调整，从而实现较快的初始对准时间。具体实现步骤如下：
（1）设定一个初始对准时限T0，即初始对准时间的上限。
（2）对系统进行前期测试，并记录下测试过程中系统的状态和参数。
（3）根据前期测试的数据，并结合系统当前的状态，确定一个合适的旋转角度。
（4）按照设定的旋转角度进行旋转，并计算出相应的姿态角度。
（5）检查计算出的姿态角度是否满足要求，如果满足要求，
则初始对准结束；否则继续进行旋转，直到满足要求或者达到时间限制为止。
（6）如果达到时间限制而仍未能满足要求，则降低旋转角度，并重新进行初始对准，直到满足要求或者时间限制为止。
通过自适应算法，可以根据系统的实际状况进行相应的调整，在保证精度的前提下，尽可能缩短初始对准时间，提高系统的工作效率和使用寿命。
5. 仿真实验结果分析
本文设计并进行了一系列仿真实验，验证了新方法的有效性和实用性。实验结果表明，基于旋转矩阵的新的初始对准方法可以提高系统的初始对准精度，而自适应算法可以进一步缩短初始对准时间，使得系统更加灵活高效。
图1展示了仿真实验中从x轴和y轴旋转45度后，基于旋转
矩阵的初始对准结果。可以看出，通过新方法得到的系统姿态角度与实际值非常接近，具有较高的精度和稳定性。
图1 基于旋转矩阵的初始对准结果
图2展示了仿真实验中基于自适应算法的初始对准结果。可以看出，通过自适应算法，可以在保证精度的前提下，大幅缩短初始对准时间，提高了系统的使用效率。
图2 基于自适应算法的初始对准结果
综上所述，本文提出的基于旋转矩阵的新的初始对准方法和自适应算法，可以有效地提高双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准精度和使用效率，具有重要的应用价值和研究意义。
6. 结论
本文针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准问题，提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，并设计了一种自适应算法，可以根据系统的实际状况进行相应的调整，从而实现较快的初始对准时间。通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，实验结果表明，该方法具有较高的精度和较短的初始对准时间，可以为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。
6.1 研究意义
惯导系统在现代导航、航空、航天等领域有着广泛的应用。而初始对准是惯导系统中的一个基本问题，其精度和效率直接影响惯导系统的性能和应用。本文提出的基于旋转矩阵的新的初始对准方法和自适应算法，可以有效地提高双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准精度和使用效率，对于推进惯导系统的研究和应用具有重要的意义。
6.2 发展方向
本文所提出的新的初始对准方法和自适应算法还有一些可以进一步改进的地方。例如，可以考虑引入卡尔曼滤波等方法来进一步提高系统的精度和稳定性；可以探究更细致的系统模型，以获得更准确的系统参数；可以在实际应用中进一步验证该方法的有效性和可行性。同时，本文所提出的方法也可以用于其他类型的惯导系统中，例如光学惯性导航系统、力学惯性导航系统等，因此还有更广阔的研究空间和应用前景。
本文所提出的基于旋转矩阵的新的初始对准方法和自适应算法，是惯导系统领域中的一次重要尝试。通过对该算法进行进一步优化和改进，可以推动惯导系统的研究和应用向更高精度、更高可靠性和更广泛领域的方向发展。
一方面，本文提出的方法可以进一步结合其他的数据融合算法来进行优化，例如使用GPS、气压传感器等外部数据源来校正
惯导系统误差。此外，也可以考虑引入机器学习等技术来进一步优化初始对准算法的效率和精度，使得惯导系统能够更好地适应复杂多变的环境。
另一方面，本文的研究内容也可以拓展到其他惯导系统领域，例如在光学惯性导航系统中，如何利用惯性测量装置和电子学处理装置来实现光路修正，从而提高导航的精度和可靠性。同时，在力学惯性导航系统中，如何设计合适的检测和校正方法，以适应不同场合的实际要求。
综上所述，虽然本文提出的新的初始对准方法和自适应算法已
经具有一定的应用和推广价值，但其仍有许多潜在的拓展和优化方向，这也为惯导系统领域的研究人员提供了很好的研究方向和思路。
另外一个可以拓展的方向是将本文中提出的基于旋转矩阵的初始对准方法与其他传感器融合算法结合起来，以提高惯导系统的精度和鲁棒性。在航空领域，航空器通常会使用多种不同类型的传感器来进行位置、姿态和速度的测量，例如GPS、惯性
测量装置、磁力计、加速度计、气压传感器等。如何将这些传感器融合起来，以在复杂多变的环境中确保导航精度和可靠性是一个重要的挑战，同时也是一个研究热点。
此外，在高速运动的场合，惯导系统往往会受到运动加速度和离心力的影响，从而导致姿态解算的误差。如何准确地消除这些误差，以保证惯导系统的精度和鲁棒性，是惯导系统领域中的一个难题。在这方面的研究，可以结合其他高速运动测量领域的经验和技术，例如运动捕捉系统、高速相机等。
另外一个拓展的方向是将本文中提出的自适应算法用于其他惯导系统领域中，例如在军事、航天、海洋等领域中，都会涉及到惯导系统的研究和应用。如何利用自适应算法来改善惯导系统在这些特定场合下的性能和鲁棒性是一个具有挑战性的问题。
总之，惯导系统领域是一个涉及到多学科、多领域的交叉学科。本文所提出的新的初始对准方法和自适应算法只是其中的一个方面，惯导系统领域中还有许多研究和应用问题需要我们继续
探究和探讨。只有不断地研究和拓展，我们才能更好地发挥惯导系统的作用，为人类的发展进步做出更大的贡献。
一方面，惯导系统领域的发展将有助于促进自动化、智能化和无人化技术的发展。在现代社会，许多人工智能应用需要大量高质量的数据和精准的位置信息，惯导系统可以为这些应用提供支持。例如，在农业领域，农业机器人需要精确定位和实时控制才能实现精准播种和喷洒等操作；在城市交通领域，自动驾驶汽车需要实时获取车辆的位置、姿态和速度等信息，以确保安全和高效的驾驶。因此，惯导系统领域的发展将有助于推动智慧农业、智能制造和智慧交通等领域的发展。
另一方面，惯导系统的应用也面临着一些新的挑战和问题。随着社会的不断发展和进步，越来越多的应用需要高精度、高可靠性、低成本和简单易用的惯导系统。因此，惯导系统研究的重点将逐渐从精度和鲁棒性向成本和易用性转移。同时，随着科技的不断进步和创新，新的传感器技术、信号处理算法和数据融合方法也将不断涌现，惯导系统领域也将不断面临新的机遇和挑战。
总之，惯导系统领域的研究和发展是非常重要的。我们需要不断地探索新的理论、新的算法和新的技术，并将它们应用于实际的业务场景中。只有这样，我们才能推动惯导系统领域的发展，实现更加精准、高效和智能的测量和导航。
同时，惯导系统领域的研究也涉及到安全和保密等方面的问题。例如，惯导系统在军事和航空领域的应用需要保证高度的安全性和保密性，以防止被敌对势力攻击或窃取机密信息。因此，
惯导系统的设计和应用需要考虑到系统的安全和保密问题，采用加密和认证等技术来保障系统的安全性和保密性。
此外，惯导系统还存在着一些技术挑战。例如，惯导系统在室内或深海等环境中的应用，受到地磁和地形等因素的影响，惯导系统的定位和导航精度会受到很大影响。针对这些问题，需要开展更多的研究工作，开发出更加鲁棒和精确的惯导系统，以满足不同场景下的需求。
此外，惯导系统还需要结合其他技术和应用。例如，惯导系统与GPS、北斗等卫星导航系统相结合，可以提高导航的精度和
可靠性；惯导系统与人工智能、机器学习等技术相结合，可以实现更加智能化和自动化的导航和控制。这些应用的结合将会开拓惯导系统的新的应用领域，提高惯导系统的智能化和自动化水平。
总之，惯导系统领域的研究和发展是非常重要的。惯导系统是现代社会中许多重要应用的基础，对于推动自动化、智能化和无人化技术的发展具有重要意义。未来，惯导系统领域将面临更多的机遇和挑战，需要持续不断地开展研究和探索，推动惯导系统技术的不断发展和创新。
惯导系统作为一种重要的导航技术，已广泛应用于军事、航空、航海等领域。随着自动化、智能化和无人化技术的发展，对惯导系统的需求也越来越高。惯导系统不仅要保证高度的安全性和保密性，还需要克服技术困难，结合其他技术和应用，进一
步拓展应用领域。未来，惯导系统技术有望实现更高的精度、稳定性和可靠性，发挥更大的作用，促进科技创新和社会进步。
我们研究的问题是惯性导航系统，下面我们就从惯导系统的定义、惯导系统的发展历程、惯导系统的组成、工作原理、分类与功能、优点与缺点以及惯导系统的应用现状几个方面来探讨该问题。 一、惯性导航系统的定义： 惯性导航系统是一种通过高精度的陀螺和加速度计，测量运动载体的角速率和加速度信息，经积分运算得到运动载体的加速度、位置、姿态和航向等导航参数的自主式导航系统。 二、惯导系统的发展历程： 惯导系统发展是以性能价格比为标志的，而性能价格比主要取决于惯性传感器——陀螺仪和加速度计的精度和成本,尤其是陀螺仪，其漂移率对惯导系统位置误差增长的影响是时间的三次方函数，而高精度的陀螺仪制造困难，成本高昂。因此，惯性技术界一直在寻求各种有效方法来提高陀螺仪的精度,同时降低系统成本从上世纪50年代的液浮陀螺仪到60年代的动力调谐陀螺仪(DTG)，从上世纪80年代的环形激光陀螺仪(RLG) 和光纤陀螺仪（FOG）到90年代的振动陀螺仪，以及目前报道较多的微机械电子系统陀螺仪(MEMSG)，每一种新型陀螺仪的出现都使惯导系统的性能价格比提高一大步，有一代陀螺仪就有一代惯导系统与之对应。第一代平台惯性导航系统采用精密稳定平台，陀螺仪采用液浮或静电悬浮陀螺仪，不仅体积重量大，而且系统性能受机械结构的复杂性和极限精度的制约，再加上产品可靠性和维护方面的问题，成本十分昂贵，只有战略武器上才使用这类惯导系统；上世纪60年代动力调谐陀螺仪技术成熟，精度达到惯性级，常规武器上才开始大量装备惯导系统，用动力调谐陀螺仪制造的惯性导航系统被称为第二代惯导系统；上世纪80年代激光陀螺仪技术成熟。它的出现为捷联惯导系统提供了理想器件。用它制造的惯性导航系统被称为第三代惯导系统；近10年来微电子技术已被用来制造微机械装置，如各种微传感器和微执行器，微机电系统（MEMS）异军突起，据AIAA报告可以在一块4的硅片上，用化学刻蚀的方法批量生产出4000多个独立的微型惯性仪表，这些微惯性仪表的出现迅速扩大了微惯性测量装置在军事和民用领域的应用。MEMS 技术制造的惯性传感器成本低廉，它的出现使惯导系统正由贵族产品走向货架产品。 三、系统组成 1、加速度计。用于测量飞机运动的加速度，一般应由三个加速度计完成三个方向的测量。 2、稳定平台。为加速度计提供一个准确的安装基准和测量基准，以保证不管载体姿态发生多大变化，平台相对于惯性参考坐标系的方向始终保持不变，即三个加速度计的空间指向是不变的。例如，某些飞机上的惯导系统要求这个稳定平台在方位上要对正北向，在平面上要和当地水平面平行，使平台的三个轴正好指向东、北、天三个方向。能够实现这一要求的，只有陀螺仪，所以也叫陀螺稳定平台。陀螺也就成为稳定平台和惯性导航系统的核心部件。正因为有了这样一个基准平台，飞机相对该平台在方位上的偏角反映了航向，飞机相对该平台在
双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始 对准技术研究 双轴连续旋转调制捷联惯导系统初始对准技术研究 摘要：针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统在使用过程中存在的初始对准不准确、对准时间过长等问题，本文对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术进行研究。首先分析了传统初始对准方法的原理及其存在的局限性，在此基础上提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，通过该方法优化了系统的初始对准精度。同时，还对系统的初始对准时间进行了研究，提出了一种自适应算法，根据系统的实际状况进行相应的调整，实现了较快的初始对准时间。最后通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，实验结果表明，该方法具有较高的精度和较短的初始对准时间，可以为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。 关键词：双轴连续旋转调制捷联惯导系统；初始对准；旋转矩阵；自适应算法；仿真实验。 1. 引言 惯性导航系统是一种基于惯性力学原理进行导航的技术，它具有独立性、连续性和精度高等优点，在军事、航空、航天和海洋等领域都有广泛的应用。其中，捷联惯导系统是惯性导航系统的重要组成部分，它通过多个惯性传感器的测量和信号处理，实现位置、速度和姿态等参数的估计和更新。双轴连续旋转调
制捷联惯导系统是捷联惯导系统中的一种常见形式，它具有多个优点，如精度高、稳定性好、抗干扰能力强等。 但是，在使用双轴连续旋转调制捷联惯导系统时，必须进行初始对准，以保证系统的工作性能。通常采用的传统初始对准方法包括水平对准、方位对准和姿态对准等。但是，这些方法存在一些局限性，如准确度低、对准时间长等。因此，如何改进双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准技术，成为了当前研究的热点和难点。 本文针对双轴连续旋转调制捷联惯导系统的初始对准问题，提出了一种基于旋转矩阵的新的初始对准方法，并设计了一种自适应算法，可以根据系统的实际状况进行相应的调整，从而实现较快的初始对准时间。最后，通过仿真实验验证了新方法的有效性和实用性，为双轴连续旋转调制捷联惯导系统的应用提供有力支持。 2. 传统初始对准方法的局限性 传统初始对准方法包括水平对准、方位对准和姿态对准等。这些方法的原理和步骤比较简单，但是存在一些局限性： （1）准确度低：由于环境因素的影响，传统初始对准方法很难达到较高的准确度，甚至在某些情况下，对准误差会超过系统的容许范围。 （2）对准时间长：传统初始对准方法需要反复调整，耗时较
第二章捷联惯导系统的初试对准 2.1引言 惯导系统是一种自主式导航系统。它不需要任何人为的外部信息，只要给定导航的初始条件（例如初始速度、位置等），便可根据系统中的惯性敏感元件测量的比力和角速率通过计算机实时地计算出各种导航参数。由于“平台”是测量比力的基准，因此“平台”的初始对准就非常重要。对于平台惯导系统，初试对准的任务就是要将平台调整在给定的导航坐标系的方向上。若采用游动方位系统，则需要将平台调水平---称为水平对准，并将平台的方位角调至某个方位角处---称为方位对准。对于捷联惯导系统，由于捷联矩阵T起到了平台的作用，因此导航工作一开始就需要获得捷联矩阵T的初始值，以便完成导航的任务。显然捷联惯导系统的初始对准就是确定捷联矩阵的初始值。在静基座条件下，捷联惯导系统的加 ω。因此b g及速度计的输入量为---b g，陀螺的输入量为地球自转角速率b ie b ω就成为初始对准的基准。将陀螺及加速度计的输入引出计算机，通过计ie 算机就可以计算出捷联矩阵T的初始值。 由以上的分析可以看出，陀螺及加速度计的误差会导致对准误差；对准飞行器的干扰运动也是产生对准误差的重要因素。因此滤波技术对捷联系统尤其重要。由于初始对准的误差将会对捷联惯导系统的工作造成难以消除的影响，因此研究初始对准的误差传播方程也是非常必要的。 2.2 捷联惯导系统的基本工作原理 捷联式惯性导航系统，陀螺仪和加速度计直接及载体固联，加速度计
测量是载体坐标系轴向比力，只要把这个比力转换到导航坐标系上，则其它计算就及平台式惯性导航系统一样，而比力转换的关键就是要实时地进 C，姿态矩阵也称行姿态基准计算来提供数学平台，即实时更新姿态矩阵n b C也可表为捷联矩阵。一般选择地理坐标系为导航坐标系，那么捷联矩阵n b C，其导航原理图如图2.1所示。 示为t b 由惯导系统的工作原理可以看出，捷联式惯性导航系统有以下几个主要优点: 1.惯性敏感器便于安装、维修和更换。 2.惯性敏感器可以直接给出舰船坐标系轴向的线加速度、线速度，供给舰船稳定控制系统和武备控制系统。角速度以提供给舰船稳定控制系统和武备控制系统。 3.便于将惯性敏感器重复布置，从而易在惯性敏感器的级别上实现冗余技术，这对提高系统的性能和可靠性十分有利。 4.由于去掉了具有常平架的平台，一则消除了稳定平台稳定过程中的各种误差;二则由于不存在机电结合的常平架装置，使整个系统可以做得小而轻，并易于维护。当然，由于惯性敏感器直接固接于船体上也带来新的问题，即导致惯性敏感器的工作环境恶化了。由于惯性敏感器直接承受舰船的振动、冲击及温度波动等环境条件，惯性敏感器的输出信息将会产生严重的动态误差。为保证惯性敏感器的参数和性能有很高的稳定性，则要求在系统中必须对惯性敏感器采取误差补偿措施。
%====本程序为捷联惯导的解算程序(由惯性器件的输出解算出飞行器的位置、速度、姿态信息)====== clear all; close all; clc; deg_rad=pi/180; %由度转化成弧度 rad_deg=180/pi; %由弧度转化成度 %-------------------------------从源文件中读入数据 ---------------------------------- fid_read=fopen('IMUout.txt','r'); %path1_Den.dat 是由轨迹发生器产生的数据 [AllData NumofAllData]=fscanf(fid_read,'%g %g %g %g %g %g %g %g %g %g %g %g %g %g %g %g',[17 inf]); AllData=AllData'; NumofEachData=round(NumofAllData/17); Time=AllData(:,1); longitude=AllData(:,2); %经度单位：弧度 latitude=AllData(:,3); %纬度单位：弧度 High=AllData(:,4); %高度单位：米 Ve=-AllData(:,6); % 东向、北向、天向速度单位：米/妙 Vn=AllData(:,5); Vu=AllData(:,7); fb_x=AllData(:,9); %比力（fx，fy，fz） fb_y=AllData(:,8); %指向右机翼方向为x正方向，指向机头方向为y正向，z轴与x轴和y轴构成右手坐标系单位：米/秒2 fb_z=-AllData(:,10); %右前上 pitch=AllData(:,11); %俯仰角（向上为正）单位:弧度 head=-AllData(:,13); %偏航角（偏西为正） roll=AllData(:,12); %滚转角（向右为正） omigax=AllData(:,15); %陀螺输出（单位：弧度/秒，坐标轴的定义与比力的相同） omigay=AllData(:,14); omigaz=-AllData(:,16); %-------------------------------程序初始化 -------------------------------------- latitude0=latitude(1); longitude0=longitude(1); %初始位置
惯性导航系统 一、惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS） 1、基本观点 惯性导航系统（ INS）是一种不依靠于外面信息、也不向外面辐射能量的 自主式导航系统。其工作环境不单包含空中、地面，还能够在水下。 惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固 态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀 螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺丈量动向范围宽，线性度好，性能 稳固，拥有优秀的温度稳固性和重复性，在高精度的应用领域中向来 占有着主导地点。因为科技进步，成本较低的光纤陀螺（ FOG）和微机械陀螺 （ MEMS）精度愈来愈高，是将来陀螺技术发展的方向。我国的惯导技术 最近几年来已经获得了长足进步，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀 螺四轴平台系统已接踵应用于长征系列运载火箭。其余各种小型化捷联惯 导、 光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及般配 GPS修正的惯导装置等也已经大批应用 于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。如漂移率 0.01 ° - 0.02 °/h 的新式激光陀螺捷联系统在新式战机上试飞，漂移率 0.05 °/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化 挠性捷联惯导在各种导弹制导武器上的应用，都极大的改良了我军装备的 性能。 惯性导航系统有以下主要长处：（ 1）因为它是不依靠于任何外面信息， 也不向外面辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁扰乱的 影响；（ 2）可全天流全世界、全时间地工作于空中、地球表面以致水下；（ 3）能供给地点、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好并且 噪声低；（ 4）数据更新率高、短期精度和稳固性好。其弊端是：（1）由于导航信息经过积分而产生，定位偏差随时间而增大，长久精度差；（2）每次使用从前需要较长的初始瞄准时间；（3）设施的价钱较昂贵；（4）不可以给出时间信 息。但惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的偏差， 所以射程远的武器往常会采纳指令、GPS等对惯导进行准时修正，以获取持 续正确的地点参数。 2、惯性导航原理 目前，惯性导航分为两大类：平台式惯导和捷联式惯导。它们的主要差别在于，前者有实体的物理平台，陀螺和加快度计置于由陀螺定的平台上，该平台追踪导航坐标系，以实现速度和地点解算，姿态数据直接取自于平台的环架；在捷联式惯导中，陀螺和加快度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机达成，
捷联式惯导系统初始对准 惯性技术是惯导(惯性导航与惯性制导)技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及有关设备和装置技术的统称。惯性导航与惯性制导是当今非常重要的综合技术之一，它广泛用于航空、航海、航天及陆地各领域。惯性导航系统是和用陀螺与加速度计通过最初的方向基准和位置信息来确定运载体在一特定坐标系内的姿态、位置、速度和加速度的自主式导航系统。惯性制导系统是利用运载体内部的陀螺、加速度计测量其运动参数，经过计算机发出控制指令，从而把运载体按照预定的路线准确地引导到目的地的制导系统。自主性是惯性系统最重要的特点。确定运动对象导航参数的方法和仪器有许多，例如磁、天文、无线电、水声、全球卫星定位系统等等，然而它们都有一个致命的弱点，即不是自主的，不是要向外界发出信息，就是要依赖对外观测信息，而惯性系统与上述诸方法的基本区别就在于是完全自主的，即导弹、潜艇、飞船等可以在一个完全与外界条件以及电磁波隔绝的假想“封闭”空间内实现精确导航。因此，惯导系统具有隐蔽性好、抗干扰、不受任何气象条件限制的优点，且数据更新速率高，可以提供连续实时的导航参数。 惯性系统在国防科学技术中占有非常重要的地位，因而是世界各工业强国重点发展的技术领域之一。随着惯性技术的不断发展，许多国家已将其应用领域扩大到现代化交通运输，海洋开发，大地测量与勘探，石油钻井，矿井、隧道的掘进与贯通，机器人控制，现代化医疗器械，摄影技术以及森林防护，农业播种、施肥等民用领域。惯性技术的发展表明：从传统的机械转子型陀螺向固态陀螺仪(激光、光纤陀螺仪)转移，并进一步向以半导体硅为基本材料的微机械振动陀螺发展；从框架式平台系统向捷联系统转移，从纯惯性捷联系统向以惯性系统为基础的多体制组合导航系统发展，成为今后惯性技术发展的总趋势。 捷联式惯性导航系统，导航用的加速度计是直接捆绑在运载体上，它测量的是运载体坐标系轴向比力，只要把这个比力转换到惯性坐标系上，则其他计算就和空间稳定的平台式惯性导航系统一样，而比力转换的关键就是要实时地进行姿态基准计算来提供数学平台，即实时更新姿态矩阵b C，有些资料上称姿态矩阵 g 为捷联矩阵或方向余弦矩阵b C。一般选择地理坐标系为导航坐标系，那么捷联 g 矩阵也可表示为i C，其导航原理图如下所示： g
移动卫星应急通信系统解决方案 －移动卫星车（船）载站 北京XXXXXXX公司
目录 一、公司简介 (3) 二、概述 (3) 三、解决方案 (4) 四、系统介绍 (6) 4.1 系统概述 (6) 4.2 系统功能模块 (6) 4.2.1 移动卫星车载站系统 (6) 4.2.2 全天候远程监控系统 (11) 4.2.3 单兵通信 (15) 4.2.4摄像系统 (16) 4.2.5 屏幕显示系统 (16) 4.2.6音响系统 (16) 4.2.7 视频会议系统 (17) 4.2.8 远程监示系统（图像回传） (17) 4.2.9 IP语音电话及集群通信系统 (17) 4.2.9 硬盘录像系统 (18) 4.2.10 控制计算机 (18) 4.2.11灯光照明系统 (18) 4.2.12空调系统 (18) 4.2.12其它设备 (18) 4.3 系统特点 (19) 4.4主要技术参数 (19)
一、公司简介 略 二、概述 移动卫星应急通信系统（简称“动中通”）是我公司与航天时代电子公司第十三研究所共同规划开发的、应用惯导技术、卫星通信技术、单兵通信技术及视音频压缩传输等多项领先技术的先进通信系统。 该系统采用自主跟踪、信号闭环、无线视频传输等新技术，实现了移动载体在运动中通过卫星实时不间断传输语音、数据、视频图像、传真、互联网等多媒体信息，该系统的开发实现了应急通信领域的一次重大技术突破。该系统除了具有一般机动卫星通信车可机动布置应急通信外，还可在运动中实时进行10MHz以上带宽卫星通信，业务应用突破了地理位置的局限，灵活机动。系统实现了点对多点的视频、语音和数据等多媒体信息的双向高速传输和移动办公，为突发事件的紧急处理、远程指挥调度、重大军事演习提供了先进、快速、高效的通信手段，是军队系统通信信息平台与信息化应用系统的有效延伸。 该系统机动性强，开通、传送通信业务方便快捷，同样适用于除军队系统以外如公安、消防、煤矿抢险救灾等突发公共事件情况下的应急通信，也可用于重大活动或事件的临时性通信保障。
舰用高精度激光陀螺惯导内杆臂误差分析及补偿方法研究周冉辉 【摘要】For high-precision rotary laser gyro inertial navigation systems (RINS), inertial instruments errors are most able Inertial Measurement Unit (IMU) rotating modulation off, an error in the arm not only can't be modulated out, but because the error introduced into the IMU rotation system registration and navigation. Based on this, the internal lever arm error analysis and modeling, detailed pushed to the mathematical expression in the lever arm and the navigation error speed error between. Through analysis identified within the lever arm length and frequency of vibration are two factors that affect the inner lever arm error, and error compensation method is proposed based on internal lever arm length. Finally, within the experimental error of the lever arm model and compensation methods of this study were verified.%对于高精度激光陀螺旋转惯导系统，大部分惯性器件误差都能够通过惯性测量单元（ IMU）旋转而调制掉，内杆臂误差不仅不能够被调制掉，反而因为 IMU旋转将误差引入到系统对准和导航过程中。基于此，本文对内杆臂误差进行分析与建模，推导内杆臂误差与导航速度误差之间的数学表达式，通过分析确定内杆臂长度和振动频率是影响内杆臂误差的2个因素，并提出基于内杆臂长度的误差补偿方法。最后，通过试验对内杆臂误差模型和补偿方法进行了验证。 【期刊名称】《舰船科学技术》 【年(卷),期】2016(038)004
论测试转台的研究现状及发展趋势 1前言 航空航天技术是上世纪后期兴起的现代科学技术，自其形成以来，一直汲取基础科学和其他应用科学领域的最新成就，高度综合了工程技术的最新成果。时至今日，航天航空技术水平的高低，已经不仅仅是一个国家科学技术水平的显现，它更多的是作为一个国家综合国力的象征。因此各个国家都投入大量的资金以及科研力量进行航空航天技术的研发。 在航天航空技术中，导弹技术对于一个国家的重要性是不言而喻的，而拥有高性能和高可靠性的惯性导航与制导系统，在导弹技术中又是重中之重。在惯性导航系统的研发中，对惯性元件进行测试是十分重要的，但是进行实物打靶试验会耗费大量的经费，所以在科研中经常使用半实物的仿真试验。而转台作为惯性元件的重要测试设备，它的精度会直接影响测试的准确性和可靠性。 因此对于转台的性能研究是具有很强的应用价值和重大意义的。 2 国外转台的研究发展现状 由于惯性制导技术在军事上的重要性，所以发达国家都对此研究花费了很大的精力。在众多研究转台技术的国家中，美国一直处于世界领先水平，远超英国、法国、俄罗斯等国家。 美国从上世纪四十年代就已经开始进行转台技术的研究工作，美国麻省理工学院在 1945 年研制出了 A 型转台，这是世界上第一台转台，采用的是普通滚珠轴承和交流电机驱动，由于这个转台技术并不成熟，所以并没有投入使用。随着制造加工业水平的提高，转台的测量精度也逐步提高。在 1954 年，麻省理工学院研制出了 D 型转台，并加以改进，于 1968 年研制出 E 型转台，定位的精度达到 3，可以说麻省理工学院开创了美国转台技术的先河，甚至是全球范围内的先行者。到 70 年代末，CGC 公司成功研制出 51 系列转台，采用双轴式气浮轴承，其精度可达到 1 以内。随后又研制出 53D、53E、53G 型转台，均为多轴转台系统，以上系列的多轴测试转台在控制上均采用了MPACS30H 系列模块化精密角度控制系统(Modular Precision Angular Control System)，这标志着转台已经进入计算机控制和自动化的阶段。1984 年。CGC 公司提出了三轴台 ITATT 的设计制造方案，其指向精度可达 0.1，其测试精度之已高达到了当时其他惯性导航测试仪器的几十倍。进入 21 世纪，CGC 等多家公司合并组建了Acutronic 公司，成为现今技术实力最强的转台研发生成公司，其技术一直处于世界领先水平，其产品也成为全球市场占有率最高的转台产品。 3 国内转台的研究发展现状 相对于美国等发达国家，我国开始进行转台技术的研发工作很晚，一直到60年代中期年才开始进行。虽然开始的比较晚，但是我国转台技术的发展还是很快的，从 1966 年第一台 DT-1 单轴转台研发成功开始，在随后的十几年内，相继研发出7191双轴空气轴承转台、SSFT 伺服转台等，在提高精度、简化操作、功能扩展、提高可靠性等方面做了很多改进，并于1992 年研究出我国第一台高精度三轴转台SGT-1 型三轴台，由计算机参与控制，大大提高控制精度和测试自动化水平，为我国惯性导航元件提供了高精度的测试。
一、初始对准 惯导系统初始对准就是确定参考导航坐标系的一个过程。惯导系统刚上电启动时，其载体坐标系相对于参考导航坐标系的各轴指向完全未知或不够精确，无法立即进入导航状态, 因此必须先确定载体坐标系相对于导航坐标系的空间方位，从惯导的角度看这等效于寻找参考导航坐标系的一个过程。 以地理坐标系作为参考坐标系为例，它的三轴指向分别是东向、北向和天向，其中天向是根据重力加速度定义的，有了天向也就等效于确定了水平面，在水平面上寻找东向和北向需要测定地球自转信息，因为北向是根据地球自转轴定义的。 重力加速度和地球自转角速度是惯导自对准的外界参考信息 1、粗对准 1.1解析粗对准 初始对准一般是在运载体对地静止的环境下进行的，即运载体相对地面既没有明显的线运动也没有角运动，且对准地点处的地理位置准确已知，也就是说重力矢量和地球自转角速度矢量在地理坐标系（初始对准参考坐标系）的分量准确已知，如下 ■ O ^O" 0 ' g n =O' 说= ωie cos L—% _-g-ωie sin£ωv 实际惯导系统中陀螺和加速度计测量到的分别是重力矢量和地球自转角速度在载体系下的投影，但有时会存在角晃动和线晃动干扰影响，并且还存在加速度计测量误差和陀螺测 量误差。假设姿态阵为c；,则有如下惯导角速度关系及比力方程 c bω"b = % =ωie + ωen+β4 *C"*（2叱+嗯）χ∕ + g” 由于粗对准是在静基座条件下完成，忽略由线运动引起的部分量和 Q媒+%）χ∕,且考虑陀螺仪和加速度计的测量误差，近似估计为
选择-g”作为主参考矢量（因为在静止状态下g相对于W更加重要），之后进行一个姿态阵估计 a= (H) (H)X说(H)X说X") Zr×⅞ T b一［∣(H)I I(H)X说I I(H)X说X(H)U IZXl 1.2间接粗对准 首先要定义两个重要的惯性坐标系。①初始时刻载体惯性系（60）：与初始对准开始 瞬时的载体坐标系（b系）重合，随后相对于惯性空间无转动；②初始时刻导航惯性系（名）: 与初始对准开始瞬时的导航坐标系（n系，即地理坐标系）重合，随后相对于惯性空间无转动。间接初始对准方法的关键是求解力系与〃。系的方位关系，即。黑。 从惯性坐标系中观察地球表面上某固定点的重力矢量,它的方向将随着地球自转逐渐改 变，24小时内恰好旋转一圈，形成一个锥面。重力矢量的方向为地向，而其变化率（微分）方向为东西方向，因而在重力矢量及其变化中包含了地理坐标系（水平及方位）信息。也就是说间接粗对准不用考虑陀螺仪的输出。 g n° = -g sin ωie t cos L (1 - cos ωie t) sin £ cos L 1-(1-COS69∙∕)COS2L
卡尔曼滤波实验报告 捷联惯导静基座初始对准实验 一、实验目的 ①掌握捷联惯导的构成和基本工作原理； ②掌握捷联惯导静基座对准的基本工作原理； ③了解捷联惯导静基座对准时的每个系统状态的可观测性； ④了解双位置对准时系统状态的可观测性的变化。
二、实验原理 选取状态变量为：X = [6匕5匕+E+N乎U v x \ e X£y£J，其
中导航坐标系选为东北天坐标系，5V 为东向速度误差，5V 为北向速度误差，乎 为东 向姿态误差角，*, 为北向姿态误差角,乎〃为天向姿态误差角, V ,为北向加速度偏置，£x 为东向陀螺漂移，8,为北向陀螺漂移，£Z 为天向陀螺漂移。则 系统的状态模型为： X = AX + W (1) 其中 0 2。sin L 0 - g 0 C C 0 0 0 11 12 -2。sin L 0 g 0 0 C C 0 0 21 22 0 0 0 。sin L -。cos L 0 0 C C C 11 12 13 0 0 -。sin L 0 0 0 0 C C C 21 22 23 0 0 。cos L 0 0 0 0 C C C A = 31 32 33 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 _ 0 _ W = [W W W W W 0 0 0 0 0]T ，W ……W 为零均值高斯 5 5 * + 4 5 乎 白噪声，分别为加速度计误差和陀螺漂移的噪声成分，。为地球自转角速度，C 为姿 态矩 阵C 中的元素，L 为当地纬度。 量测量选取两个水平速度误差：Z = [5V 5V ]叽 则量测方程为: E N 即 Z = HX +n 斯白噪声。 要利用基本卡尔曼滤波方程进行状态估计，需要将状态方程和量测方程进行离散化。 系统转移矩阵为: 工 T 2 , T 3 , ① =I + TA + — A 2 + — A 3 + ♦… k / k -1 k -1 2! k -1 3! k -1 V x 为东向加速度偏置， 5 V ] E 5 V 0 0 10 00 00 00 00 (2) 其中，H 为量测矩阵，“=% 丑N 》为量测方程的随机噪声状态矢量，为零均值高 « Tn / =工——A k -1
光纤捷联惯导系统的双轴旋转调制方案 于飞;阮双双 【摘要】针对目前常用的双轴旋转方案对惯性器件的标度因数误差和安装误差的调制不完全的缺点，提出了一种改进的双轴旋转调制方案。该方法通过逐步分析系统的误差传播特性，设计每一转动次序的转轴和转动方向，使前后次序残余的器件误差互相抵消，从而提高了双轴旋转调制的效果，满足了捷联惯导系统自主导航精度的要求。对实验室常用的双轴旋转调制方案和改进的方案进行了对比研究，仿真和试验结果表明，改进的双轴旋转方案的速度误差和定位误差曲线的周期振荡幅值较原方案显著减小，而且误差曲线整体发散的速度也非常缓慢。%In order to furt her counteract the incomplete modulation to inertial sensors’ scale errors and installation errors in the commonly used dual-axis rotating scheme at present, an improved dual-axis rotating scheme was pro-posed.By analyzing the propagation characteristics of system errors stage by stage, the rotation axis and direction of each rotation were designed respectively so as to counteract the residual errors of device in sequence, thereby im-proving the modulating effects of dual-axis rotating and meeting the self-navigation accuracy requirements of SINS ( strapdown inertial navigation system) .The proposed scheme was compared with the commonly used scheme in la-boratory, and simulation and experiment results showed that the amplitude of the improved scheme’ s veloc ity errors and position errors curve is remarkably smaller than that of the commonly used scheme, and the errors’ overall di-vergence speed is very slow.