光纤陀螺捷联惯导系统改进算法研究

论文摘要

本文针对“十一五”重点预研项目“光纤陀螺捷联惯导系统”进行了光纤陀螺捷联惯导系统算法的理论研究与实现。目的在于解决现有光纤陀螺捷联惯导系统算法中存在的角速率信息的合理利用及工程实用性等问题，实现算法的工程化，提高整个捷联惯导系统的精度,因此本文的研究具有一定的理论意义和工程价值。本课题研究的主要内容及成果有：1.分析了传统算法对圆锥误差的抑制能力。分别以陀螺角速率输入和角增量输入的情况对工程中常用的捷联姿态算法－四元数法、二子样旋转矢量法和三子样旋转矢量法进行分析。得出角速率输入情况下旋转矢量算法误差明显增大。2．提出了新的圆锥补偿算法。本文根据上述分析的结论，利用了光纤陀螺角速率输出的特点及旋转矢量的原理提出了新的圆锥补偿算法。经过理论与仿真分析得出：在计算量增加不多的情况下，新算法的补偿精度优于上述算法，而且易于工程实现。3．提出了动态环境下新的光纤陀螺捷联惯导系统算法。传统的捷联算法中，没有考虑到圆锥补偿和划船补偿。因此在动态环境下，传统的捷联算法存在一定的误差，对系统的精度带来较大的影响。本文应用上述提出的新的圆锥补偿算法及现有划船补偿融入捷联算法中，利用了旋转四元数原理对光纤陀螺捷联算法进行了改进，仿真表明了姿态精度提高约一个数量级，速度、位置精度平均提高11.8%,计算量减小约5%。4．设计和实现了改进的捷联系统算法软件。为了进行比较，同时完成了传统捷联算法软件。并分别对传统算法和改进的算法进行实验，实验结果表明改进的算法软件有效的抑制了圆锥误差及划船误差，而且在运算时间和计算精度明显高于传统的算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 捷联惯导系统简介
• 1.2.1 捷联惯导系统简介
• 1.2.2 捷联惯导系统的发展动态
• 1.3 光纤陀螺捷联惯导系统发展状况
• 1.4 课题解决的问题
• 1.5 课题研究内容
• 1.6 捷联算法研究现状
• 第2章 捷联系统算法描述
• 2.1 引言
• 2.2 常用坐标系及其变换
• 2.2.1 坐标系定义
• 2.2.2 坐标系之间的变换
• 2.3 地球描述
• 2.3.1 地球形状
• 2.3.2 重力加速度
• 2.3.3 地球表面一点的主曲率半径
• 2.4 捷联算法编排
• 2.4.1 姿态更新算法
• 2.4.2 导航计算坐标系
• 2.4.3 导航参数计算
• 2.4.4 计算任务安排
• 2.5 本章小结
• 第3章 圆锥补偿算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 圆锥误差分析
• 3.2.1 圆锥运动机理
• 3.2.2 圆锥误差产生的原因
• 3.2.3 圆锥误差对姿态的影响
• 3.3 圆锥补偿算法分析
• 3.3.1 角增量下圆锥补偿算法分析
• 3.3.2 角速率下圆锥误差算法分析
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 新算法的提出
• 3.4.1 新算法的推导
• 3.4.2 新算法优化
• 3.4.3 算法比较
• 3.5 仿真分析
• 3.5.1 算法漂移仿真分析
• 3.5.2 姿态角误差仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 动态环境下捷联惯导系统算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 改进捷联惯导算法的基本数学模型
• 4.2.1 姿态参数定义
• 4.2.2 姿态更新算法
• 4.3 改进的捷联惯导算法编排
• 4.3.1 机体系更新
• 4.3.2 导航系更新
• 4.3.3 地球系更新
• 4.3.4 速度更新和补偿
• 4.3.5 位置更新
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 算法软件开发与测试
• 5.1 引言
• 5.2 算法软件设计
• 5.2.1 设计思想
• 5.2.2 模块设计
• 5.2.2.1 初始对准模块
• 5.2.2.2 姿态计算模块
• 5.2.2.3 导航计算模块
• 5.3 系统算法软件实现
• 5.3.1 捷联系统总体结构
• 5.3.2 软件总体流程图
• 5.4 实验情况
• 5.4.1 实验软件简介
• 5.4.2 实验条件
• 5.4.3 实验内容
• 5.4.3.1 静基座初始对准实验
• 5.4.3.2 动基座初始对准实验
• 5.4.3.3 动态仿真实验
• 5.4.3.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢