基于频域的惯性导航技术研究

论文摘要

惯性导航系统同时具备自主性、隐蔽性和能获取运载体完备运动信息的独特优点,是其他导航系统(卫星导航、无线电导航和天文导航等)无法比拟的。这些导航系统的某些导航性能可能远远优于惯导系统,但惯导仍然是运载体不可缺少的核心导航设备。惯性导航(捷联式)系统的精度主要取决于惯性元件和导航算法。本文就从这两方面着手增强惯性导航系统精度。对于低精度陀螺来说,要提高性能,除了改进研制水平,主要还是依靠建模陀螺漂移,通过数字滤波来减小漂移的影响。本文在分析现有数字滤波的基础上,提出了将改进的小波阈值去噪算法应用于陀螺信号去噪中,仿真结果显示具有很好的去噪效果。针对载体的不同运动状态和环境信息,研究了小波基的选取以及小波分解层数等关键问题,总结了小波去噪中的小波基与分解层数选取的规则。对于捷联导航算法来说,分析了常规的惯导算法的特点以及对应的缺点,并且提出了改进的方法,也就是频域下的块处理方法应用于惯导解算。为了弥补常规惯导算法使用数值积分算法对于不可交换性误差的补偿不足的缺陷,使用解析积分来代替数值积分,需要将离散信号重构为连续信号,并分析了重构误差的来源和误差估计,提出了减小误差的方法。针对常规惯导算法序贯处理不能充分利用现代DSP计算上的优势以及与当前GPS的数据处理方法上的不平衡,把数据处理放到频域下进行处理,代替时域数据处理。本文在分析常规惯导算法的基础上提出了将频域下数据块处理方法引入到惯导中,推导了频域中的惯导算法。仿真结果显示,惯导的频域实现明显减小了不可交换性误差对系统的影响,系统短时精度得到很大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的及意义
• 1.2 陀螺信号的小波去噪研究现状
• 1.3 捷联惯性导航算法的发展现状
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 陀螺信号的小波分析去噪
• 2.1 小波变换理论基础
• 2.1.1 连续小波变换
• 2.1.2 离散小波变换
• 2.1.3 Mallat算法
• 2.2 小波阈值去噪
• 2.2.1 小波阈值去噪算法
• 2.2.2 小波递归阈值去噪算法及其改进
• 2.2.3 小波递归阈值去噪算法仿真
• 2.3 陀螺信号的小波去噪
• 2.3.1 小波基的选取
• 2.3.2 小波分解层数确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 分析常规的惯性导航算法
• 3.1 惯性导航算法
• 3.1.1 姿态矩阵更新
• 3.1.2 速度更新
• 3.1.3 位置更新
• 3.1.4 重力补偿
• 3.2 惯导解算各个过程的误差
• 3.3 惯导算法分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 惯性导航算法的频域实现
• 4.1 频域中的数据块处理方法
• 4.2 基于傅里叶变换的信号重构
• 4.2.1 估算有限时宽信号重构误差
• 4.2.2 重构误差的来源
• 4.2.3 减少重构误差
• 4.3 频域中的惯导算法
• 4.3.1 频域中的位置更新
• 4.3.2 频域中的姿态更新
• 4.3.3 频域中的速度更新
• 4.4 频域中惯导算法仿真及结果分析
• 4.4.1 频域中惯导算法的计算流程
• 4.4.2 惯导算法仿真
• 4.4.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢