无陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究

论文摘要

用加速度计代替陀螺仪,并且从加速度计量测的比力中解算出载体的角速度,进而只用加速度计组成的捷联惯性导航的测量单元,称为无陀螺捷联惯导系统。目前的研究发现无陀螺捷联惯导系统适用于大动态范围、导航时间较短的载体的惯性制导,优点很多,比如低成本、低功耗、长寿命等等,伴随着高精度加速度计和先进滤波算法的产生,无陀螺捷联惯导系统必将成为研究的热点。初始对准是惯性导航的关键技术之一,对准的结果直接影响到导航的精度。目前关于有陀螺的捷联式惯导系统对准的研究,从理论到实际应用都比较成熟,但是对无陀螺捷联惯导系统的初始对准的研究还是个较新的课题。本文主要以六加速度计配置方案为例,给出了无陀螺捷联惯导系统的初始对准方法。对准的方法为自主式初始对准和传递对准,其中,自主式对准又分为基于载体运动的自主式对准方法和基于加速度计组合的单轴旋转式的自主式对准方法,并针对自主式对准的精对准提出了一种改进的细粒度并行遗传算法的设想;在传递对准中无陀螺捷联惯导为子惯导,子惯导无法测得的量直接由主惯导提供,并建立卡尔曼滤波模型,估算出传递对准的失准角,对姿态更新获得的姿态阵作一次性修正,进而实现无陀螺捷联惯导系统的传递对准。最后探讨了无陀螺捷联惯导系统初始对准技术面临的亟待解决的问题和未来的发展方向,为我国在这一领域开展研究的研究人员提供了一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无陀螺捷联惯导系统研究状况与优点
• 1.2 初始对准技术概述
• 1.3 初始对准技术研究现状
• 1.3.1 惯导系统误差模型及算法
• 1.3.2 状态估值方法
• 1.3.3 传递对准
• 1.4 课题研究意义和论文的主要内容
• 第2章 无陀螺捷联惯导系统的原理
• 2.1 坐标系的定义
• 2.2 坐标系之间的变换关系
• 2.3 载体非质心处的比力方程
• 2.4 六加速度计的安装方式
• 2.5 线加速度和角速度的解算
• 2.6 本章小结
• 第3章 无陀螺捷联惯导系统自对准技术研究
• 3.1 传统惯导系统自对准的一般要求和原理
• 3.1.1 初始对准的一般要求
• 3.1.2 捷联系统初始对准的原理
• 3.2 无陀螺捷联惯导自对准技术研究
• 3.2.1 基于载体运动的无陀螺捷联惯导自主式初始对准方法研究
• 3.2.2 基于加速度计组合的单轴旋转式无陀螺捷联惯导自主式初始对准技术研究
• 3.3 自对准方案待解决的问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 无陀螺捷联惯导系统传递对准技术研究
• 4.1 传递对准技术简介
• 4.2 误差传播方程
• 4.2.1 姿态误差角分析
• 4.2.2 速度误差数学模型的建立
• 4.2.3 主/子惯导系统间失调角数学模型的建立
• 4.3 传递对准的匹配量
• 4.3.1 速度匹配量
• 4.3.2 角速度匹配量
• 4.3.3 姿态角匹配量
• 4.3.4 姿态阵匹配量
• 4.4 传递对准系统状态方程和观测方程的建立
• 4.4.1 状态方程的建立
• 4.4.2 观测方程的建立
• 4.5 卡尔曼滤波技术
• 4.5.1 卡尔曼滤波理论
• 4.5.2 离散卡尔曼滤波基本方程
• 4.5.3 连续系统卡尔曼滤波方程
• 4.6 本章小结
• 第5章 无陀螺捷联惯导系统传递对准仿真分析
• 5.1 模拟仿真计算流程
• 5.2 仿真计算模块
• 5.2.1 使用的坐标系及其转换关系
• 5.2.2 仿真条件
• 5.2.3 滤波器的初始值
• 5.3 仿真结果研究
• 5.3.1 仿真曲线
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 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