无陀螺及单陀螺捷联惯性导航系统研究

论文摘要

无陀螺捷联惯性导航系统（Gyroscope-Free Strapdown Inertial NavigationSystem,GFSINS）是把加速度计直接安装在载体上,舍弃陀螺仪的捷联式惯导系统。因此它与陀螺式捷联惯导系统相比具有成本低、可靠性高、功耗小、寿命长、反应快速等优点,受到国内外许多专家、学者的重视,具有广阔的发展前景。但无陀螺惯导系统解析出的角速度误差随时间发散非常严重,因此为提高精度,可采用单陀螺多加速度计的捷联方案,以改善无陀螺系统所面临的问题。本文首先阐述了捷联式惯性导航系统的工作原理及捷联矩阵的基本算法。其次,研究了各种不同的无陀螺捷联惯性导航系统构成方案,工作原理及角速度解算方法,分析并比较各种方法的优缺点。在此基础上,研究了一种单陀螺多加速度计捷联惯性系统数学模型及其角速度解算方法,并建立了供仿真使用的惯性器件（陀螺和加速度计）的数学模型。最后,分别对无陀螺惯导系统、单陀螺多加速度计惯导系统和全陀螺式捷联惯导系统进行了角速度计算仿真和系统仿真。通过对仿真结果的分析和比较,可以看出单陀螺系统由于增加了一个陀螺仪,使其角速度解算的精度高于无陀螺系统,无陀螺系统角速度随时间发散的问题得到很好的抑制。在系统仿真中,单陀螺系统的导航解算精度也明显优于无陀螺系统,虽不及全陀螺系统,但工程造价相对低廉,具有一定的现实意义和应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 惯性导航系统
• 1.2 捷联惯导系统的特点
• 1.3 无陀螺捷联惯导系统的研究概况
• 1.4 单陀螺捷联惯导系统
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 第2章 捷联式惯性导航系统原理
• 2.1 捷联惯性导航系统
• 2.1.1 坐标系的定义
• 2.1.2 坐标系之间的变换
• 2.1.3 参数说明
• 2.1.4 捷联惯导系统基本原理
• 2.2 捷联矩阵的基本算法
• 2.2.1 捷联矩阵与飞行器的姿态角
• 2.2.2 捷联矩阵的算法
• 2.3 导航参数的解算
• 2.4 本章小结
• 第3章 无陀螺捷联惯导系统研究
• 3.1 载体非质心处的比力方程
• 3.2 无陀螺系统的典型方案
• 3.3 三种典型加速度计配置系统角速度的解算方法
• 3.3.1 典型九加速度计方案角速度的解算
• 3.3.2 第二种九加速度计方案角速度的解算
• 3.3.3 六加速度计方案角速度的解算
• 3.4 本章小结
• 第4章 单陀螺捷联惯导系统研究及惯性器件的建模
• 4.1 单陀螺多加速度计的捷联方案
• 4.1.1 各加速度计所测的比力方程
• 4.1.2 线加速度及角速度的解算
• 4.2 惯性器件的建模
• 4.2.1 陀螺仪数学模型
• 4.2.2 加速度计数学模型
• 4.3 本章小结
• 第5章 捷联惯性系统的仿真
• 5.1 仿真参数
• 5.1.1 初始条件与初始数据的计算
• 5.1.2 仿真计算周期
• 5.2 无陀螺捷联惯性系统的仿真
• 5.2.1 角速度计算误差仿真
• 5.2.2 位置和速度计算误差仿真
• 5.3 单陀螺捷联系统仿真
• 5.3.1 角速度计算误差仿真
• 5.3.2 位置和速度计算误差仿真
• 5.4 全陀螺捷联系统仿真
• 5.5 仿真结果分析
• 5.6 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