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捷联惯导系统动基座对准误差研究

作　者: 车延庭
导　师: 孙枫
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 捷联惯导 动基座 初始对准 惯性系 罗经对准 估漂
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


当前国际上高精度的惯导系统大部分都是旋转式惯导系统，旋转式惯导系统通过旋转调制技术能够自动补偿误差，可以在不提高惯性器件精度的基础上使系统在长时间内保持较高的精度，并且使高精度惯导系统的成本大幅降低。旋转调制惯导系统成为国内外的研究热点，但国内对旋转调制惯导系统的研究尚处于起步阶段，对旋转调制原理及转位方案等研究较为深入，但对其初始对准/测漂技术研究较少。初始对准/测漂技术成为限制国内旋转调制惯导系统发展的关键技术之一。本文结合实验室自研的光纤陀螺捷联惯导系统，对双轴旋转式惯导系统的初始对准技术进行了深入的理论研究和试验分析。论文的主要工作如下：（1）对比分析了捷联式惯导系统和旋转式捷联惯导系统的原理，定义了常用的坐标系并给出惯导系统算法原理，分析了捷联惯导系统的误差源，对光纤陀螺和加速度计进行了误差建模，分析了旋转式捷联惯导系统的初始对准特点。（2）分析了传统的解析式粗对准。根据惯性系对准过程中转换矩阵的求取方案及载体系泊状态下的环境特点，提出采用数字滤波的惯性系粗对准方法，并设计出适合工程实用化的滤波器，完成了仿真试验分析。（3）给出光纤捷联惯导系统罗经回路对准算法，完成静基条件下惯性器件误差对对准精度的影响分析，并给出稳态误差表达式。在此基础上针对载体系泊状态下的环境特点，完成载体摇摆和荡运动对罗经回路对准误差分析，并提出荡运动补偿方法减小荡运动对罗经回路对准误差的影响。最后进行仿真试验。（4）最后，推导了双轴旋转式捷联惯导系统高维误差方程，建立了16维的卡尔曼滤波状态方程以及三种常用的量测方程，并以提高惯性器件误差估计精度和缩短估计时间为设计准则，采用PWCS可观测性分析方法，设计了适用于初始对准阶段的双轴旋转方案，并进行了仿真分析和试验分析。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题的背景与目的  10-11
  1.2 捷联惯导系统的发展概况  11-12
  1.3 捷联惯导系统的初始对准技术概况  12-13
  1.4 课题的主要研究内容  13-15
第2章 捷联惯导系统基本原理  15-26
  2.1 捷联惯导系统原理概述  15-16
    2.1.1 传统的捷联惯导原理  15
    2.1.2 旋转式捷联惯导原理  15-16
  2.2 捷联惯导系统中的常用定义和算法  16-19
    2.2.1 常用坐标系的定义  16-18
    2.2.2 坐标系之间的变换  18
    2.2.3 捷联矩阵即时修正算法  18-19
    2.2.4 姿态角的确定  19
  2.3 捷联惯导系统的误差源  19-22
    2.3.1 捷联惯导系统的误差分类  19-20
    2.3.2 惯性敏感元件误差建模  20-22
  2.4 捷联惯导系统的初始对准  22-24
    2.4.1 捷联系统初始对准的要求  22-23
    2.4.2 捷联系统初始对准的特点  23
    2.4.3 捷联系统初始对准的分类  23-24
    2.4.4 旋转式捷联惯导系统的初始对准  24
  2.5 本章小结  24-26
第3章 解析式粗对准  26-40
  3.1 传统的解析式粗对准法原理  26
  3.2 惯性系下快速对准原理  26-28
  3.3 摇摆基座下的初始对准  28-30
  3.4 数字滤波器的设计  30-36
    3.4.1 设计数字滤波器的必要性及可行性分析  30-32
    3.4.2 数字滤波方案设计  32-36
  3.5 仿真实验  36-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章 罗经回路对准法  40-53
  4.1 捷联式罗经对准原理及算法  40-42
  4.2 静基座下捷联罗经回路对准误差分析  42-45
  4.3 动基座下捷联罗经回路对准误差分析  45-47
  4.4 仿真实验  47-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章 旋转式捷联惯导系统的精对准  53-71
  5.1 卡尔曼滤波基本原理  53-55
  5.2 捷联惯导误差模型的建立  55-59
    5.2.1 速度误差  55-56
    5.2.2 位置误差方程  56-57
    5.2.3 姿态误差方程  57-58
    5.2.4 惯性仪表误差模型  58-59
  5.3 基于卡尔曼滤波的精对准方法  59-64
    5.3.1 状态方程与量测方程的建立  59-62
    5.3.2 转位方案设计  62-64
  5.4 仿真分析  64-66
  5.5 实验分析  66-70
    5.5.1 实验设备介绍  66-67
    5.5.2 双轴旋转对准实验  67-70
  5.6 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统
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