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深海惯性导航系统的加速度高精度测量技术研究

作　者: 张良庆
导　师: 宋开臣
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 惯性测量单元加速度计标定温度补偿数据融合
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文研究的是深海惯性导航系统的加速度高精度测量技术。针对深海运载器连续导航时间长、缺少GPS组合导航手段等特点,结合深海环境,设计了一个六加速度计的惯性测量单元,并在此基础上研究了加速度计参数的标定方案。运用加速度的温度补偿、加速度转换电路板的温度补偿和多加速度计数据融合的措施来提高惯性导航系统测量加速度的精度。并模拟海洋环境,在实验室和路试做导航实验,测试了导航系统的精度。首先,根据深海导航环境的特点,设计了一个六加速度计的惯性测量单元。并结合六加速度计的配置方案和石英挠度加速度计的误差模型,对惯性导航系统的加速度误差特性进行了分析。其次,结合六加速度计惯性测量单元的结构和简化的加速度计误差模型,设计了惯性测量单元加速度计参数的标定结构和加速度计参数的标定方案。再次,对惯性导航系统测量的加速度采取了加速度计的温度补偿、加速度转换电路板的温度补偿、多加速度计数据融合的措施来提高系统测量加速度的精度。最后,设计了导航处理系统的总体方案和硬件电路。并模拟海洋环境,进行了惯性导航系统的车载实验,测试了导航系统的精度。通过MATLAB仿真和实验数据的对比,分析了加速度误差对导航精度的影响。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 惯性导航加速度计介绍  10-11
  1.2 加速度计在捷联惯性导航系统中的应用  11-12
  1.3 加速度计冗余设计的配置方式  12-15
  1.4 水下运载器及其导航技术的研究现状  15-18
    1.4.1 深海运载器导航系统研究背景  15-16
    1.4.2 国外研究概况  16-17
    1.4.3 国内研究概况  17-18
  1.5 DSP在导航中的应用  18-19
  1.6 研究目标与内容  19-21
第2章深海惯性测量单元的结构及加速度计误差分析  21-28
  2.1 深海惯性测量单元的加速度计配置方案  21-22
  2.2 惯性测量单元的结构  22-24
  2.3 加速度计误差分析  24-27
    2.3.1 石英挠性加速度计  24
    2.3.2 石英挠性加速度计的建模  24-27
      2.3.2.1 加速度计误差模型分类  24-25
      2.3.2.2 建立加速度计误差模型的目的  25
      2.3.2.3 加速度计误差模型的建立方法  25-26
      2.3.2.4 石英挠度加速度计误差分析  26-27
  2.4 小结  27-28
第3章惯性测量单元中加速度计参数的标定  28-37
  3.1 概述  28
  3.2 加速度计参数的标定结构  28-30
  3.3 加速度计参数标定结构的模型分析  30-32
    3.3.1 标定结构的数学模型  30
    3.3.2 标定结构的平面法向量分析  30-31
    3.3.3 标定结构中加速度计符号的定义  31-32
  3.4 加速度计参数的标定流程  32-36
    3.4.1 标定方案的设计原则  32-33
    3.4.2 误差模型的简化  33
    3.4.3 标定过程  33-35
    3.4.4 参数计算公式  35-36
  3.5 小结  36-37
第4章加速度的温度补偿及数据融合  37-50
  4.1 加速度计的温度补偿  37-39
  4.2 加速度转换电路板的温度补偿  39-45
    4.2.1 转换电路板温度漂移测试环境的建立  39-41
    4.2.2 转换电路板温度特性测试实验  41-45
  4.3 多加速度计的数据融合  45-49
    4.3.1 多加速度计数据融合权的分配  45-47
    4.3.2 两组加速度计的数据融合  47-49
  4.4 小结  49-50
第5章惯性测量单元加速度测量电路的设计  50-58
  5.1 电路的设计要求及设计工具  50
  5.2 加速度信号的测量  50-57
    5.2.1 加速度计的选择  50-52
    5.2.2 加速度计信号采集方案设计  52-54
    5.2.3 加速度计转换测量电路  54-57
      5.2.3.1 电流共模噪声消除措施  54-55
      5.2.3.2 精密基准源设计  55
      5.2.3.3 高精度A/D转换器ADS1281  55-56
      5.2.3.4 ADS1281控制流程图  56-57
  5.3 小结  57-58
第6章车载实验  58-70
  6.1 导航处理系统的硬件设计  58-60
    6.1.1 系统整体方案设计  58-59
    6.1.2 系统设计特点  59-60
  6.2 深海环境的模拟  60-62
  6.3 车载实验  62-64
    6.3.1 车载实验流程  62-63
    6.3.2 车载实验结果分析  63-64
  6.4 加速度计对导航精度的影响  64-69
    6.4.1 惯性导航解算原理  64-66
    6.4.2 加速度计对导航精度的影响  66-69
      6.4.2.1 计算机仿真分析  66-67
      6.4.2.2 导航实验分析  67-69
  6.5 小结  69-70
第7章总结与展望  70-71
  7.1 总结  70
  7.2 展望  70-71
参考文献  71-81
攻读硕士学位期间所取得的科研成果  81

深海惯性导航系统的加速度高精度测量技术研究

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