测量信号随机延时下的捷联惯导系统初始对准研究

论文摘要

初始对准是惯性导航系统的关键技术之一,对准的精度直接影响惯导系统的工作性能。滤波技术在初始对准中具有极其重要的作用,对系统精度具有至关重要的影响。实际的惯导系统尤其是捷联惯导系统,由于工作环境非常恶劣,同时又受到外部各种因素的干扰,其初始失准角往往比较大,误差模型呈现非线性,因此需要非线性的滤波方法,而且在使用滤波方法进行初始对准时,存在着观测数据延时的情形,并且由于系统的随机性,观测信号出现延时的可能性也是随机的。因此研究观测信号随机延时下的非线性滤波方法,并将其应用于捷联惯导系统的初始对准,进一步提高系统性能,具有十分重要的意义。本文对观测信号随机延时下的捷联惯导系统初始对准进行了研究,在建立观测信号随机一步延时模型的基础上,推导了非线性离散系统观测信号随机一步延时的扩展滤波和Unscented滤波方法,并将其应用于捷联惯导系统动基座初始对准中。本文的主要研究工作和成果可归纳如下:(1)阐述了捷联惯导系统初始对准基本原理及捷联惯导系统误差产生的原因,详细推导了惯性传感器误差模型,速度误差方程,姿态误差方程和位置误差方程。(2)建立了带加性噪声的非线性离散随机系统观测信号随机一步延时的非线性模型,讨论了其滤波问题,推导了基于线性化系统方程的扩展滤波方法,给出了其滤波方程。(3)在介绍UT理论、UT采样策略的基础上,推导了基于SUT的观测信号随机一步延时的Unscented滤波方法,并采用SSUT对Unscented滤波方法进行改进,得到了基于SSUT的SSUF滤波方法。(4)建立了捷联惯导系统大方位失准角下动基座非线性对准模型,包括系统状态方程和观测信号随机一步延时的系统观测方程,将扩展滤波方法和Unscented滤波方法应用于初始对准中,对滤波算法进行仿真对比,实验结果表明,Unscented滤波方法具有更高的对准精度和更快的收敛速度,Unscented滤波的改进算法与Unscented滤波精度相当,但是计算量大大降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 初始对准技术的发展
• 1.3 滤波理论的发展
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 捷联惯导系统初始对准基本原理
• 2.1 捷联惯导系统概述
• 2.1.1 常用坐标系的定义
• 2.1.2 捷联惯导系统工作原理
• 2.2 捷联惯导系统初始对准
• 2.2.1 初始对准的特点
• 2.2.2 初始对准的分类
• 2.2.3 初始对准的原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 捷联惯导系统误差方程的建立
• 3.1 概述
• 3.2 捷联惯导系统误差分析及建模
• 3.2.1 惯性元件误差模型
• 3.2.2 速度误差方程
• 3.2.3 姿态误差方程
• 3.2.4 位置误差方程
• 3.3 本章小结
• 第4章 观测信号随机延时下的非线性滤波算法的研究
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型及滤波问题
• 4.2.1 非线性的系统模型
• 4.2.2 滤波问题
• 4.3 扩展滤波算法
• 4.4 Unscented 滤波理论
• 4.4.1 UT 变换理论
• 4.4.2 UT 采样策略
• 4.4.3 Unscented 滤波算法
• 4.4.4 Unscented 滤波算法的改进
• 4.5 本章小结
• 第5章 观测信号随机延时下的非线性滤波方法在SINS 的应用
• 5.1 引言
• 5.2 捷联惯导系统动基座非线性对准模型
• 5.2.1 系统状态方程
• 5.2.2 系统观测方程
• 5.3 扩展滤波和Unscented 滤波在SINS 初始对准中的应用
• 5.3.1 扩展滤波和Unscented 滤波仿真结果和分析
• 5.3.2 Unscented 滤波及其改进算法仿真结果和分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 大摘要