惯导平台测试方法与参数辨识研究

论文摘要

随着惯性技术的发展,对惯性平台的精度要求越来越高。而受加工水平和制造工艺的限制,单纯依靠提高陀螺及加速度计等惯性器件的精度来提高整个惯导系统精度的代价变得愈发昂贵。相比之下,从系统的角度,在对惯导平台各类误差源辨识的基础上进行系统级的补偿,则是一种更为经济有效的途径。本文对惯导平台的误差辨识进行了研究,具体进行了以下几方面的工作。本文设计了重力场下惯导平台的三轴转台多位置测试方案,给出了系统的配置方案以及试验测试的具体步骤。由三轴转台提供多个测试位置,惯导平台在每个测试位置下,处于惯性稳定状态。在测试位置的选择上采用了工程上常用的6位置测试法,该测试方案有较强的可行性。对惯导平台的运动进行了建模。在得到了陀螺、加速度计等分立的惯性器件误差模型后,又根据惯导平台的稳定机理,取加速度计输出为观测量,推导出了比较完善的惯导平台线性化输出方程。建立的误差模型具有物理意义明确,结构简单和线性化等特点。介绍了参数的相关性和可辨识性的分析方法,对已建立的平台误差模型方程中待辨识的参数,进行相关性和可辨识性的讨论,对平台误差参数模型进行了改进。首先给出了系统输出方程的最小二乘表示形式,然后应用最小二乘辨识方法对平台误差参数模型进行了辨识,根据误差参数辨识结果以及相关性矩阵,进行了分析讨论,对误差参数项进行了删减,最终建立了包含12个误差参数的输出方程。最后就影响辨识参数精度的因素,包括测试时间,采样组数等,做了一系列的仿真和实验研究。通过讨论得出了待辨识参数精度随采样时间以及采样组数等因素的变化关系。同时对小角度近似的问题进行了分析,经过仿真实验,得到了小角度近似误差模型中待辨识参数的估计值与真值之差随测试时间的变化关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 惯导平台测试技术的发展
• 1.3.1 陀螺仪误差模型测试技术的发展
• 1.3.2 加速度计误差模型测试技术的发展
• 1.3.3 惯导平台误差模型的发展
• 1.3.4 惯导平台误差模型的发展
• 1.4 我国惯导平台模型辨识的发展概况
• 1.5 论文的主要研究内容和章节安排
• 第2章 惯导平台的三轴转台测试方案研究
• 2.1 惯导平台结构概述
• 2.1.1 陀螺仪稳定平台的组成
• 2.1.2 平台本体的结构
• 2.1.3 平台伺服系统的工作过程
• 2.2 陀螺仪和加速度计的输出模型
• 2.2.1 单自由度液浮积分陀螺的误差模型
• 2.2.2 加速度计的输出误差模型
• 2.3 三轴转台结构概述
• 2.4 平台在三轴转台的多位置测试方案
• 2.4.1 系统配置方案
• 2.4.2 测试位置的选择
• 2.4.3 测试步骤的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 惯导平台的误差模型建立
• 3.1 引言
• 3.2 有关的坐标变换
• 3.2.1 地理坐标系与地轴坐标系的坐标变换
• 3.2.2 地理坐标系到六位置无漂移平台坐标系的坐标变换
• 3.2.3 平台坐标系到敏感器件坐标系的坐标变换
• 3.2.4 外施加速度的表示
• 3.3 惯导平台的误差参数模型
• 3.3.1 重力场下输入在各坐标系下的表示
• 3.3.2 惯导平台误差参数模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 平台误差模型辨识及相关性与显著性研究
• 4.1 引言
• 4.2 最小二乘算法原理
• 4.2.1 最小二乘估计量的精度
• 4.3 平台模型的最小二乘法辨识
• 4.3.1 平台系统输出方程的最小二乘表示
• 4.3.2 最小二乘辨识的工作流程图
• 4.3.3 平台输出方程的最小二乘仿真
• 4.4 误差参数的相关性和可辨识性讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 关于影响辨识精度的因素的研究
• 5.1 问题提出
• 5.2 测试时间对参数辨识的精度的影响
• 5.3 采样组数对参数辨识精度的影响
• 5.4 小角度近似问题的讨论
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢