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振动条件下惯导平台误差参数辨识研究

作　者: 郭旭升
导　师: 邓正隆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 线振动扩展卡尔曼滤波参数辨识输出灵敏度惯导平台
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

惯性导航技术的迅速发展,要求惯导平台的精度也越来越高。由于加工水平和制造工艺的限制,仅仅依靠提高陀螺及加速度计等惯性元件的精度来提高整个惯导系统精度的代价越来越大。相比而言,在对惯导平台各类误差源辨识的基础上进行系统级辨识,则是一种更为经济有效的途径。本文对惯导平台漂移误差系数模型的辨识做了深入研究。基于某特定型号的惯导平台结构,对惯导平台的误差漂移运动进行了建模。由陀螺、加速度计等分立的惯性元件误差模型以及惯导平台的稳定机理,推导出了比较完整的惯导平台漂移误差模型。在此基础上,以各参数作为系统的状态变量,获得系统的状态方程和观测方程。这样,对模型参数的辨识问题就转化为对系统状态的估计问题来求解。由于系统的状态方程和观测方程为非线性方程,为了应用扩展卡尔曼滤波方法来辨识平台模型参数,首先对系统模型进行线性化、离散化。而后本文给出了扩展卡尔曼滤波的递推算法。以往对惯导平台的漂移误差模型的辨识偏重于陀螺的零次和一次项漂移误差系数,针对其实验位置选取不当和在一个重力加速度情况下不可能激励起陀螺的高次项误差系数。为了辨识出这些高次项误差系数,本文采用线振动方法并且将系统输出灵敏度的思想引入到惯导平台的漂移误差参数辨识中。仿真结果表明,本文所提出的方案能够获得较好的辨识效果,具有可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景  8
  1.2 课题目的和意义  8-9
  1.3 惯导平台漂移误差模型参数辨识的发展  9-14
    1.3.1 惯导平台漂移误差模型的发展  10-11
    1.3.2 惯导平台误差模型辨识技术的发展  11-14
  1.4 本课题的主要研究内容  14-15
  1.5 本文结构  15-16
第2章振动条件下惯导平台漂移运动模型建立  16-30
  2.1 惯导平台结构及其工作原理  16
  2.2 线振动实验  16-17
  2.3 各个坐标系说明  17-18
  2.4 从惯性坐标系到敏感元件的坐标变换  18-22
    2.4.1 从惯性坐标系到地理坐标系的坐标变换  18-19
    2.4.2 从基座(地理)坐标系到平台坐标系的坐标变换  19
    2.4.3 从转台坐标系到平台坐标系的变换  19-20
    2.4.4 从平台坐标系到敏感元件坐标系的变换  20-21
    2.4.5 从平台角速率到欧拉角速率的变换  21-22
  2.5 振动条件下惯导平台的运动方程、漂移方程  22-25
    2.5.1 振动条件下惯导平台外施角速度的表示  22
    2.5.2 外施加速度的表示  22-23
    2.5.3 陀螺的输出模型  23
    2.5.4 加速度计的输出模型  23-24
    2.5.5 惯导平台转动角速率模型  24-25
    2.5.6 平台加速度计组的输出模型  25
  2.6 状态方程与量测输出方程  25-29
    2.6.1 状态变量  26-28
    2.6.2 平台的状态方程  28-29
    2.6.3 平台量测输出方程  29
  2.7 本章小结  29-30
第3章扩展卡尔曼滤波在误差系数辨识中的应用  30-38
  3.1 扩展卡尔曼滤波基本理论  30
  3.2 非线性系统的描述  30-31
  3.3 围绕标称状态的线性化与离散化卡尔曼滤波  31-34
  3.4 围绕最优状态的线性化与离散化卡尔曼滤波  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章振动条件下惯导平台误差参数辨识仿真研究  38-50
  4.1 仿真模型的简化  38-39
  4.2 滤波器初始值设定  39-41
  4.3 平台测漂的多位置方案  41-42
  4.4 仿真程序流程  42
  4.5 振动条件下惯导平台模型参数辨识的仿真分析  42-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章测漂位置选取对振动条件下惯导平台误差参数辨识的影响  50-64
  5.1 基于输出灵敏度理论的测漂位置选取  50-56
    5.1.1 输出灵敏度理论  50-51
    5.1.2 输出灵敏度理论在测漂位置选取中的应用  51-56
  5.2 分步迭代法  56-57
  5.3 最优测漂位置惯导平台误差参数辨识仿真研究  57-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

振动条件下惯导平台误差参数辨识研究

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