陀螺随机漂移引起的惯导系统误差特性分析

陀螺仪和加速度计的精度漂移原理
陀螺仪和加速度计是惯性传感器，用于测量物体的姿态和加速度。

它们都存在
精度漂移的问题，但原理略有不同。

陀螺仪通过测量物体的角速度来确定其旋转状态。

其精度漂移主要由两个原因
引起：器件内部的噪声和器件本身的不完美特性。

首先，陀螺仪内部存在噪声源，如温度变化、电子元件的不均匀性和机械振动等。

这些噪声会引起输出信号的波动，从而导致精度漂移。

此外，陀螺仪的灵敏度也可能会随时间发生变化，进一步增加了漂移的可能性。

其次，陀螺仪的不完美特性也会导致精度漂移。

例如，陀螺仪的零偏误差（Bias）是指在无旋转状态下输出的非零信号，这会导致姿态测量的误差。

此外，
陀螺仪还可能受到机械结构的非线性影响，进一步增加了精度漂移的可能性。

与陀螺仪不同，加速度计测量的是物体的加速度。

它的精度漂移主要由重力、
振动和温度等因素引起。

首先，重力是一个常量，但在实际应用中，加速度计可能受到非重力加速度的
影响，例如振动或外力干扰。

这些非重力加速度会引起加速度计输出的误差，从而导致精度漂移。

其次，加速度计的灵敏度也可能受到温度的影响。

温度变化会导致加速度计内
部元件的特性发生变化，从而引起输出信号的波动。

综上所述，陀螺仪和加速度计的精度漂移主要受到内部噪声、器件特性、重力、振动和温度等因素的影响。

为了减少精度漂移，常常需要采取校准、滤波、温度补偿等方法来对传感器进行校正和补偿，以提高其测量的准确性和稳定性。

半球谐振陀螺谐振子误差分析与性能评估半球谐振陀螺谐振子误差分析与性能评估引言：陀螺是一种利用陀螺效应来测量方向、稳定运动或者导航的装置，具有广泛的应用领域，例如导航系统、惯性导航等。

作为陀螺的一种改进型，半球谐振陀螺谐振子在较大转速范围内具有更好的误差性能和较高的精度。

1. 谐振原理及结构半球谐振陀螺谐振子是一种基于谐振原理工作的陀螺仪器。

其结构由一个半球形的壳体和一根悬挂在其中的陀螺转子组成。

当谐振子转子受到外界扰动时，谐振子壳体会根据陀螺效应的作用力引导转子在壳体内保持自由旋转。

通过测量转子的旋转状态变化，可以获知外界扰动信息。

2. 误差源分析在实际应用中，半球谐振陀螺谐振子的运动状态往往受到各种误差的影响，包括器件误差、环境误差等。

对这些误差源进行分析是评估其性能的关键。

2.1 器件误差器件误差是指因制造、安装或使用不当等原因导致的陀螺谐振子的运动状态发生偏差的误差。

例如，由于壳体和转子之间的制造偏差或者装配误差，使得谐振子在工作过程中受到非均匀的摩擦力。

此外，传感器的灵敏度固有偏差和跨度非线性等也会对谐振子的准确度产生影响。

2.2 环境误差环境误差是指由于谐振子所处环境的因素导致其运动状态发生偏差的误差。

例如，温度变化会引起壳体和转子材料的热膨胀，从而影响谐振子壳体和转子的相对位置。

此外，谐振子受到的振动、加速度等外部扰动也会对其运动状态产生干扰。

3. 误差影响分析分析误差源对半球谐振陀螺谐振子的性能影响可以帮助我们更好地了解其在不同应用场景下的适用性。

3.1 器件误差对性能影响器件误差的存在会导致谐振子输出信号与实际扰动信号之间存在偏差，降低了测量的准确性。

例如，传感器的固有偏差会导致输出信号始终存在一个常量的偏移，而传感器的非线性特性则会导致输出信号的非线性变化，影响对扰动信号的精确度测量。

3.2 环境误差对性能影响环境误差会直接影响谐振子的运动状态，进而影响对外部扰动信号的测量。

例如，温度变化引起的热膨胀会改变谐振子壳体和转子之间的相对位置，从而导致输出信号偏移。

陀螺仪角度随机游走定义
陀螺仪角度随机游走是指陀螺仪在没有外界干扰的情况下，其角度随机变化的
性质。

陀螺仪是一种测量和检测物体旋转姿态的装置，在惯性导航系统、航空航天等领域有着广泛的应用。

陀螺仪内部的转子通过陀螺效应来感应旋转角度，这种效应是指当陀螺仪在一
定速度旋转时，会产生一个力矩，使其保持固定的旋转轴。

然而，在没有外界干扰的情况下，陀螺仪的旋转轴并不总是能保持在一个特定的方向上。

陀螺仪角度随机游走是由于微小的不均匀性和噪音引起的。

陀螺仪内部的各种
元件、材料和电路都存在微小的不均匀性，这些不均匀性会导致转子受到微小的扰动。

而同时，环境中的噪音也会对陀螺仪产生影响。

这些微小的扰动和噪音导致了陀螺仪角度的随机变化。

陀螺仪角度随机游走在实际应用中需要进行补偿和校正。

由于随机游走的性质，陀螺仪在长时间的使用中角度会逐渐偏离真实值。

为了解决这个问题，需要利用其他传感器或者算法来校正陀螺仪的角度，以确保其测量结果的准确性。

总之，陀螺仪角度随机游走是由于微小的不均匀性和噪音引起的陀螺仪角度随
机变化现象。

在实际应用中，需要进行补偿和校正，以确保陀螺仪测量结果的准确性。

长航时惯导系统的随机游走误差传播规律及抑制方法张仲毅 , 徐烨烽 , 李 魁 , 冯培德(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院 , 北京 100191)摘 要 : 角度随机游走 ( a n gle ran d o m wal k , A R W ) 误差已成为制约长航时惯性导航系统精度的主要因素 。

为了减弱 A RW 对系统精度的影响 ,针对初始对准和长航时导航两个方面研究误差传播规律及抑制方法 。

仿真 结果表明 : A R W 直接影响方位对准精度 ,在长航时的导航中 ,游走系数 N 所产生的速度振荡幅值与 60 N 的常值 漂移大致相当 ,姿态振荡误差中的 24 h 周期因素更为关键 ,A RW 产生的经度误差发散项均方差随时间的平方根 增长 ;系统可采用卡尔曼滤波削弱 A RW 所造成的对准误差 ,通过水平阻尼方法可以消除由 A RW 引起的位臵误 差中的振荡项 。

关键词 : 角度随机游走 ; 惯性导航系统 ; 光学陀螺 ; 水平阻尼中图分类号 : V 249 . 3文献标志码 : ADO I :10 . 3969/ j . i s sn . 10012506 X. 2011 . 09 . 25A ngl e random w al k error propagat i on an d suppression methods inl o ng 2term inert i al navigat i on systemZ H A N G Zho n g 2yi , XU Ye 2f e n g , L I Kui , F EN G Pei 2de( S c h ool o f I n st r um e nt a t i o n S cience an d O p t o 2elect ronics En g i n ee r i n g , B ei h a n g U n i v e r si t y , B ei j i n g 100191 , Chi n a )Ab stract : The a ngle ra ndo m wal k ( A R W ) er ro r i s a significa nt li mit at io n of t he navi gat io n p erfo r m a n ce i n lo ng 2t er m i nert ial navi gat io n syst e m ( IN S ) . To wea ken t he i mp act of A R W o n t he sy st e m accuracy , it s er r o r p rop a gat io n law a nd supp re s sio n met h o ds a re st udied i n t w o a sp ect s : i nit ial ali gnme nt a nd lo ng 2t er m nav igatio n . S i mulat io n re sult s sho w t hat A R W direct l y aff ect s t he azi mut h ali gnme nt accuracy , a nd duri ng lo ng 2t e r m nav i 2gat io n , t he o scill at io n a mp lit ude of velocit y p ro duced by A R W coefficie nt N i s app ro xi mat el y equivale n t to t h e co n st a n t drif t of 60 N . The er r o r by 24 h cycle i s t h e key to t h e o s cillat io n er r o r of at t it u de , a n d t h e varia n ce of t he o scillat io n t er m i n po s it io n er ro r gro w s wit h t he squa re root of t i me , mea nw hile , t he i mp r o v e m e n t to t h e A R W ali gn me nt er ro r by Kal ma n filt er i s validat ed , a nd level da mp ha s a n eff ect o n wea keni ng t he o s cillatio n t e r m of t h e sy st e m po s it io n er r o r .K ey w ord s : a n gle ra n do m wal k ( A R W ) ; i n ert ial navi gat io n sy st e m ( IN S ) ; op t ic gyro s cop e ; level da m p[ 1 ]源 ,改进型的 M K49 旨在消除陀螺 A R W 对导航的影响 。

imu姿态解算陀螺仪误差
陀螺仪误差是指陀螺仪测量出的姿态与真实姿态之间的差异。

常见的陀螺仪误差包括零偏误差、比例误差、比例漂移误差和温度漂移误差等。

1. 零偏误差：陀螺仪在静止情况下输出的姿态角不为零。

这是由于仪器本身的制造和组装等原因导致的，可以通过校准或零位校正来消除。

2. 比例误差：陀螺仪输出的姿态角与真实姿态角之间存在一个常量的比例差。

这个误差可以通过比例校准来消除。

3. 比例漂移误差：陀螺仪输出的姿态角与真实姿态角之间存在一个随时间变化的比例差。

这个误差可以通过定期进行校准或使用校准模型进行补偿来减小。

4. 温度漂移误差：陀螺仪的输出受温度影响，温度的变化会导致姿态角的误差。

这个误差可以通过温度补偿来消除或减小。

为了解算陀螺仪的误差，可以使用卡尔曼滤波、互补滤波等姿态解算算法。

这些算法可以通过融合陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器的数据来估计姿态，并对误差进行补偿和校正，提高解算的精度和稳定性。

3．随机漂移误差的时间序列分析建模 在惯性导航系统中，为了减小陀螺随机误差对系统精度的影响，有效可行的办法是采用滤波技术对随机误差进行实时补偿。

实时补偿的前提是已知随机误差的模型，为此，需要事先对陀螺的随机噪声进行必要的数学处理，建立适合于在线补偿的数学模型。

陀螺的随机噪声一般是有色噪声，即非平稳的随机过程，处理这类随机过程较成熟的建模方法是时间序列分析法。

该方法是针对一组离散随机数据序列，进行时域和频域内的统计特性分析，求出实际物理系统的统计特性，并将随机数据浓缩成一个简单的随机差分模型。

时间序列分析建模流程图3.1 序列的检验随机数据处理分析的结果是否正确，取决于数据的一些基本特性。

其主要的三个基本特性是：平稳性；周期性；正态性。

对这三个基本特性进行检验，是分析、建立光学陀螺随机误差模型的重要前提。

1．平稳性检验主要目的是检验陀螺随机误差时间序列是否具有不随时间原点的推移而变化的统计特性。

如果陀螺随机误差时间序列是平稳的，再加上假设为各态历经的，则对陀螺随机误差的研究，就可以用单个样本记录的时间序列来代替总体平均。

这就给数据处理带来了极大的方便。

如果不平稳，则需要对数据进行平稳化处理。

造成随机过程不平稳的原因，是随机过程中包含有随时间缓慢变化的趋势项。

检验这种非平稳趋势项的一种很有效的方法是逆序法。

（1）逆序法对于测试数据记录，将其分成n y y y ,,,21L M 段，然后求各段的均值（或方差值），得到一个大致不相关的均值（或方差值）序列M x x x ,,,21L对于下标为的，每当出现i i x i j x x >)1,,2,1,(−=>M i i j L时就定义为的一个逆序，与相应的逆序的个数称为的逆序数。

序列i x i x i A i x 121,,,−M x x x L 的逆序总数定义为∑−==11M i i A A以随机整数序列出现的的均值与方差分别为A [][]()41211111−===∑∑−=−=M M i A E A E M i M i i []()725322−+=M M M A Var 统计量 [][]A Var A E A u ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+=21 渐近服从正态分布)1,0(N 。