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动基座传递对准误差分析与补偿方法研究

作　者: 岳海文
导　师: 鲍其莲
学　校: 上海交通大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 传递对准反馈控制自适应卡尔曼滤波杆臂效应挠曲效应时间延迟 GUI
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着现代战争的发展,动基座传递对准已成为惯性导航的关键技术,其对准精度和对准时间直接决定了机载武器等飞行器的导航精度和发射响应时间。如何提高对准精度与减少对准时间,是动基座传递对准的核心问题。另一方面,载机的动态或环境的变化会使系统引入误差,从而影响飞行器传递对准的精度与速度。本论文针对动基座初始对准中存在的误差进行分析,对误差消除与补偿方法展开研究,旨在提高机载武器或飞行器在动基座下的传递对准精度及速度。首先在概述捷联惯性导航系统动基座初始对准原理与发展概况的基础上,介绍了初始对准的特点,分析了惯性器件的误差,推导了惯导系统的力学编排公式。根据粗对准后失准角的大小,分别建立捷联惯性导航的线性模型和非线性模型。其次,设计了三种载机机动方式,分别针对两种不同的传递对准匹配方法,利用基于PWCS理论的奇异值可观测性分析方法对不同匹配方法与机动方式进行分析,分析结果表明速度姿态匹配下的匀速直线横滚运动为最佳模式。在此基础上,分别比较了三种传递对准滤波器,分别为线性卡尔曼滤波、平淡卡尔曼滤波、自适应卡尔曼滤波,并进一步提出了持续校正自适应卡尔曼滤波。仿真结果表明,采用持续校正自适应卡尔曼滤波的方法优于前述三种滤波器。然后,重点分析了杆臂效应、挠曲效应和时间延迟三种误差对传递对准的影响,并建立了相应的模型。在此基础之上,将三种误差同时加到系统中,然后提出三种补偿方法,分别为反馈控制方法、自适应卡尔曼滤波方法和持续校正自适应卡尔曼滤波方法,并通过仿真验证,证明最后一种补偿方法收敛快、精度高,效果最佳。最后,介绍了传递对准仿真系统的设计与开发,为本文所研究的传递对准方法的研究提供了仿真实验平台。本文所完成的工作为机载武器与飞行器的动基座传递对准设计提供理论依据与技术支撑,具有重要的理论意义与实用价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题背景及研究目的和意义  9
  1.3 动基座传递对准的国内外研究现状  9-11
  1.4 论文的主要研究内容  11-13
第二章捷联式惯导系统初始对准的基本原理  13-23
  2.1 捷联惯导系统基础知识  13-14
    2.1.1 参数说明  13
    2.1.2 导航用坐标系  13-14
  2.2 捷联惯导系统初始对准技术介绍  14-16
    2.2.1 概述  14-15
    2.2.2 捷联惯导初始对准的特点  15-16
  2.3 捷联惯导系统惯性器件的误差分析  16-18
  2.4 捷联惯导系统的力学编排  18-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章动基座传递对准设计与实现  23-54
  3.1 捷联惯导系统滤波器模型建立  23-29
    3.1.1 线性模型  23-26
    3.1.2 非线性模型  26-29
  3.2 传递对准滤波器设计  29-37
    3.2.1 线性卡尔曼滤波器设计  29-30
    3.2.2 平淡卡尔曼滤波器设计  30-33
    3.2.3 自适应卡尔曼滤波器设计  33-34
    3.2.4 改进的自适应卡尔曼滤波器设计  34-37
  3.3 匹配方式设计  37-39
  3.4 传递对准可观测性分析  39-52
    3.4.1 PWCS可观测性分析理论  39-41
    3.4.2 可观测性分析的奇异值方法  41-42
    3.4.3 可观测性分析的仿真结果与分析  42-52
  3.5 本章小结  52-54
第四章传递对准中的误差分析与补偿研究  54-70
  4.1 杆臂效应误差分析与补偿研究  54-58
    4.1.1 杆臂效应原理  54-56
    4.1.2 杆臂效应对传递对准的影响及补偿  56-58
  4.2 挠曲效应误差分析与补偿研究  58-63
    4.2.1 挠曲效应原理  58-60
    4.2.2 挠曲效应对传递对准的影响及补偿  60-63
  4.3 时间延迟误差分析与补偿研究  63-66
  4.4 三种误差综合分析与补偿研究  66-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章动基座传递对准仿真界面设计  70-76
  5.1 飞行轨迹设计  70-71
    5.1.1 姿态数据  70-71
    5.1.2 航迹数据  71
  5.2 惯性器件数学模型  71-73
    5.2.1 陀螺仪的数学模型  71-72
    5.2.2 加速度计的数学模型  72-73
  5.3 仿真实验平台设计  73-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章结论与展望  76-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  82-84

动基座传递对准误差分析与补偿方法研究

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