惯性仪表误差辨识与补偿

论文摘要

动力调谐陀螺仪（Dynamically Tuned Gyro）技术比较成熟，而且体积小、成本低，因此在航空、航天、航海以及陆地车辆导航定位、油田勘探开发等军用、民用领域中得到了广泛应用。陀螺仪作为惯性系统基本测量元件，其工作性能与惯导系统输出的参数准确性密切相关。研究惯性仪表的标定及误差参数辨识，准确估计参数，并通过误差补偿措施来提高惯性仪表的精度，从而进一步提高惯导系统的精度具有重要的意义。本文的主要对动力调谐陀螺仪、石英挠性加速度计进行了详细的误差机理分析与建模，从惯性测量组件的静态、动态误差、动力调谐陀螺系统误差补偿等三个方面做入手，具体的工作内容有：首先，详细地推导了捷联惯性导航仪动力调谐陀螺仪运动微分方程，对其静态误差、动态误差进行了分析与建模，分析了石英挠性加速度计的工作原理，从原理上分析了产生静、动态误差的原因。其次，在惯性仪表工作原理与误差分析的基础上，提出了惯性测量组件的静态误差补偿实验设计方法，用回归的方法计算误差参数，得到概率意义上最优的参数估计值。建立了惯性测量组件的物理模型并对其静态误差模型进行了优化。考虑到动态误差是捷联惯导系统的主要误差源之一，陀螺仪动态误差模型系数的辨识精度将会直接影响系统的导航精度。在静态误差补偿的基础上，对陀螺仪进行动态误差测试，设计了倾斜转动试验、单轴角振动试验、恒定速率比匀角速率试验、正交三轴速率试验等多种试验方案，建立起工程实用的动态误差测量模型，从而进行实时动态误差补偿。最后，本文建立了完整的捷联惯导系统的角速度和加速度测量数学模型，然后采用逐步回归分析法对模型变量进行优化选择，得到具有针对性的IMU简化测量模型。并设计了相应的位置试验及速率试验，对模型参数进行辨识，并对试验结果进行了分析，验证所设计方法的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 惯性仪表技术
• 1.2.2 惯性仪表测试技术
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 惯性仪表工作原理及误差分析
• 2.1 动力调谐陀螺仪
• 2.1.1 工作原理
• 2.1.2 测量坐标系转换
• 2.1.3 陀螺运动微分方程
• 2.1.4 静态误差分析
• 2.1.5 静态误差模型
• 2.1.6 动调陀螺动态误差分析
• 2.2 石英挠性加速度计
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 结构特点
• 2.3 本章小结
• 第3章 惯性测量组件静态误差补偿
• 3.1 试验设计方法
• 3.1.1 回归正交设计
• 3.1.2 回归旋转设计
• 3.1.3 回归 D-最优设计
• 3.2 IMU 测量物理模型
• 3.3 IMU 静态误差模型优化
• 3.4 本章小结
• 第4章 惯性测量组件动态误差补偿
• 4.1 动态误差模型
• 4.2 试验方案设计
• 4.2.1 倾斜转动试验+单轴角振动试验
• 4.2.2 恒定速率比匀角速率试验设计
• 4.2.3 正交三轴速率试验
• 4.3 本章小结
• 第5章 动力调谐陀螺系统误差补偿
• 5.1 静态误差模型优化
• 5.2 位置试验
• 5.2.1 优化设计准则
• 5.2.2 试验方案设计
• 5.2.3 参数计算
• 5.2.4 试验结果分析
• 5.3 速率试验
• 5.3.1 试验方案设计
• 5.3.2 参数计算
• 5.3.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历