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捷联惯导系统标定与传递对准技术研究

作　者: 钟圣
导　师: 郭振云
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 高超声速飞行器捷联惯导系统误差标定自对准传递对准
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 253次
引　用: 2次
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内容摘要

误差标定和传递对准都是捷联惯导系统的关键技术。惯性元件误差约占系统误差的90%左右,因此,惯性元件精度决定着整个捷联惯导系统导航的精度。传递对准的研究也是以误差方程为基础的,因此,标定技术的研究是必要的。越来越多的载体利用已对准的惯导系统进行动基座下的对准,观测信息的增加使得对准效果更好——时间缩短和精度提高。对于高超声速飞行器,为了发挥其速度快、反应时间短的优点,在飞行前对其捷联系统标定和飞行过程中的对准研究是必要的。论文重点对以下几个方面展开了研究:由于高超声速飞行器的飞行特点,速度快、加速度大,这就对捷联系统的惯性元件提出了更高的要求,在飞行前必须进行标定。本文对捷联惯导系统的惯性元件进行了多位置标定,然后在此基础上使用RLS滤波进行标定,最后考虑激光陀螺零偏易受温度变化影响,通过温度实验数据,建立了激光陀螺零偏温度模型。为了展示传递对准的优势,论文建立了捷联系统静基座下初始对准模型。首先详细地推导了误差方程,然后建立粗对准模型及简化后的精对准模型,针对精对准模型,使用改进的Sage-Husa自适应滤波和普通滤波进行对比仿真计算。在传递对准方面,论文主要从传递对准的匹配方法上进行研究。首先建立了传递对准的系统状态方程,然后根据不同匹配对准方法,分别建立了速度匹配、“速度+姿态”匹配、“速度+角速度”匹配和考虑杆臂效应的速度匹配测量方程。根据飞行特点,在匀速平飞和加速平飞两种运动条件下进行了相应的数值仿真计算。仿真结果表明论文所建立的模型正确、有效,具有一定的应用价值。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-20
  1.1 研究背景  11-12
    1.1.1 高超声速飞行器  11
    1.1.2 捷联惯导系统  11-12
  1.2 国内外研究  12-18
    1.2.1 标定技术研究现状  12-14
    1.2.2 传递对准技术研究现状  14-18
  1.3 论文的目的意义及研究内容  18-20
    1.3.1 论文的目的意义  18-19
    1.3.2 论文的研究内容  19-20
第二章导航系统及KALMAN滤波理论  20-35
  2.1 捷联惯导系统基本原理  20-28
    2.1.1 引言  20
    2.1.2 常用坐标系  20-21
    2.1.3 基本原理  21-22
    2.1.4 姿态更新  22-28
  2.2 GPS卫星导航原理  28-30
    2.2.1 GPS概述  28
    2.2.2 GPS导航定位原理  28-29
    2.2.3 GPS主要误差源  29
    2.2.4 GPS的发展  29-30
  2.3 KALMAN滤波理论  30-34
    2.3.1 Kalman滤波  30-33
    2.3.2 Kalman滤波的发展  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章激光捷联系统误差标定  35-56
  3.1 引言  35-36
  3.2 加速度计的误差标定  36-44
    3.2.1 多位置标定方法  36-38
    3.2.2 RLS标定方法  38-39
    3.2.3 结果及分析  39-44
  3.3 激光陀螺的误差标定  44-55
    3.3.1 多位置标定方法  45-47
    3.3.2 RLS标定方法  47-48
    3.3.3 ARLS标定方法  48-49
    3.3.4 结果及分析  49-53
    3.3.5 温度误差标定  53-55
  3.4 本章小结  55-56
第四章捷联系统在静基座下的初始对准  56-69
  4.1 引言  56
  4.2 捷联系统误差方程  56-60
    4.2.1 平台角误差方程  57-58
    4.2.2 速度误差方程  58-59
    4.2.3 位置误差方程  59-60
    4.2.4 惯性器件误差方程  60
  4.3 解析粗对准  60-62
  4.4 捷联系统自对准模型  62
  4.5 仿真计算与分析  62-68
    4.5.1 自对准滤波方法  63
    4.5.2 计算模块及流程  63-65
    4.5.3 仿真条件  65
    4.5.4 计算结果与分析  65-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章捷联系统在动基座下的传递对准  69-95
  5.1 引言  69-70
  5.2 传递对准模型  70-78
    5.2.1 系统状态方程  71-72
    5.2.2 系统状态方程离散化  72
    5.2.3 测量方程  72-78
  5.3 传递对准仿真及分析  78-93
    5.3.1 速度匹配仿真  79-83
    5.3.2 “速度+姿态”匹配仿真  83-87
    5.3.3 “速度+角速度”匹配仿真  87-90
    5.3.4 考虑杆臂效应的速度匹配仿真  90-93
  5.4 本章小结  93-95
第六章总结与展望  95-97
致谢  97-98
参考文献  98-101
作者在学期间取得的学术成果  101

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