空间机动飞行器捷联惯导传递对准技术研究

论文摘要

本文以空间机动平台为应用背景,对微重力环境下空间机动平台下惯导传递对准过程的轨迹设计、惯导解算模型、惯导误差传播模型、传递对准匹配模式和机动方式的选取、传递对准系统可观测性分析及惯导在线标定等关键技术进行了深入分析和细化设计,并进行了相应的仿真计算,实现了空间平台惯导传递对准系统的仿真验证。所完成的工作可概括为如下几方面:首先,分析了地球引力模型,并采用STK和基于空间机动平台运动学两种方法分别设计了空间机动平台运行的标称轨迹;其次,在分析微重力环境下惯导系统误差特性的基础上,建立了惯导解算模型和误差传播模型,并利用前面设计的标称轨迹进行了不同惯性元件误差配置下的惯导解算数学仿真,以此验证了惯导解算模型的正确性;而后,在前面给出的惯导误差模型基础上,建立了空间机动平台惯导传递对准模型,并在不同匹配模式和机动方式下进行了传递对准系统数学仿真和可观测性分析,通过对结果的分析,得到了空间机动平台惯导传递对准系统最佳的匹配模式和机动方式;最后,结合传递对准过程,给出了对子惯导陀螺仪常值漂移和加速度计常值偏差的估计结果,实现了子惯导的在线标定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 惯导系统动基座传递对准概述
• 1.2.1 传递对准研究现状及分析
• 1.2.2 动基座传递对准基本原理
• 1.2.3 传递对准匹配方案
• 1.3 可观测性分析研究现状及分析
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 空间机动平台飞行轨迹设计
• 2.1 引言
• 2.2 坐标系及其转换
• 2.2.1 坐标系定义
• 2.2.2 坐标系之间转换
• 2.3 地球引力模型
• 2.3.1 地球的椭球模型
• 2.3.2 地球J2 引力模型
• 2.4 标准轨迹设计
• 2.4.1 基于STK的轨迹设计
• 2.4.2 基于空间机动平台运动学的标称轨迹设计
• 2.5 轨迹设计结果
• 2.5.1 基于STK的轨迹设计结果
• 2.5.2 基于空间机动平台运动学的标称轨迹设计结果
• 2.6 本章小结
• 第3章 J2000 地心惯性坐标系下的惯导解算
• 3.1 引言
• 3.2 捷联惯导解算模型
• 3.3 惯导加速度计和陀螺仪误差模型
• 3.4 捷联惯导误差传播模型
• 3.4.1 姿态误差传播模型
• 3.4.2 速度误差传播模型
• 3.4.3 位置误差传播模型
• 3.5 杆臂效应及其补偿原理
• 3.6 惯导解算仿真
• 3.6.1 无误差时的惯导解算结果
• 3.6.2 有误差时的惯导解算结果
• 3.7 惯性器件误差对惯导解算精度的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 传递对准模型的建立
• 4.1 引言
• 4.2 传递对准状态模型
• 4.3 传递对准观测方程
• 4.3.1 “速度+姿态”匹配下的观测方程
• 4.3.2 “角速度+加速度”匹配下的观测方程
• 4.4 对准精度评估
• 4.4.1 对子惯导的修正
• 4.4.2 用姿态失准角评估对准精度
• 4.4.3 用安装角评估对准精度
• 4.5 子惯导的标定
• 4.6 本章小结
• 第5章 传递对准系统可观测性分析
• 5.1 引言
• 5.2 PWCS可观测性分析理论
• 5.2.1 PWCS的定义
• 5.2.2 PWCS的可观测性矩阵
• 5.3 系统状态变量可观测度分析的奇异值方法
• 5.3.1 奇异值分解的相关理论
• 5.3.2 基于奇异值分解理论的系统可观测性分析
• 5.3.3 可观测度的定义
• 5.4 传递对准系统可观测性仿真
• 5.4.1 “速度+姿态”匹配下的可观测性仿真结果
• 5.4.2 “角速度+加速度”匹配下的可观测性仿真结果
• 5.5 传递对准系统可观测度仿真
• 5.5.1 “速度+姿态”匹配下的可观测度分析
• 5.5.2 “角速度+加速度”匹配下的可观测度分析
• 5.6 传递对准可观测度分析结论
• 5.7 本章小结
• 第6章 传递对准仿真及分析
• 6.1 传递对准滤波器的设计
• 6.2 多种机动模式下传递对准仿真结果及分析
• 6.2.1 “速度+姿态”匹配仿真
• 6.2.2 “角速度+加速度”匹配仿真
• 6.2.3 传递对准仿真结果分析
• 6.3 子惯导的标定
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢