GNSS/MIMU组合导航中微陀螺g敏感性误差分析与补偿方法研究

论文摘要

GNSS/MIMU深组合导航是目前导航技术领域的研究热点。本文以高动态的精确制导武器为应用背景,以GNSS/MIMU组合导航系统为研究对象,针对高动态环境下MIMU中微机械陀螺存在显著的g敏感性误差这一问题,从组合导航算法的角度进行了误差分析和补偿方法的研究。主要工作包括以下几个方面:1.建立了高动态条件下考虑g敏感性的微陀螺误差模型,针对微陀螺动态特性不同的特点,推导出了MIMU中陀螺g敏感性误差的三种表达形式及其测量误差模型;理论分析结果表明,当采用位置和速度进行组合导航时,系统的位置与速度精度主要取决于观测量的精度,陀螺的g敏感性误差对其影响非常小,但会直接影响系统的姿态精度,且载体的动态越高,影响也越大。2.采用全局可观性分析方法,对含微陀螺g敏感性误差的GNSS/MIMU组合导航系统的可观性进行了分析,结果表明以GNSS提供的位置和速度信息为观测量,设计合理的机动条件,系统是可观的,并给出了全局可观性的充分条件。根据微陀螺g敏感性误差模型,设计了三种不同形式的卡尔曼滤波器,为实现g敏感性误差的补偿提供理论依据。3.参与了一体化组合导航半实物仿真平台建设工作,并基于该平台,仿真分析了g敏感性误差对组合导航系统的影响,得到了与理论分析一致的结论,即微陀螺的g敏感性误差对组合滤波位置与速度精度影响较小,但对姿态的精度影响较大。当载体沿陀螺敏感轴方向的加速度为50g时,相应轴向的姿态角误差约为3.49度,姿态精度下降明显;按照全局可观性充分条件设计了运动轨迹,采用所设计的卡尔曼滤波器实现了g敏感性误差的补偿,提升了高动态条件下GNSS/MIMU组合导航系统的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外发展及研究现状
• 1.2.1 GNSS/MIMU组合导航发展现状
• 1.2.2 MIMU发展现状
• 1.2.3 微陀螺g敏感性误差的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容与组织结构
• 第二章 微陀螺g敏感性误差建模
• 2.1 微陀螺结构与工作原理
• 2.2 微陀螺g敏感性误差模型
• 2.3 MIMU的测量误差模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 微陀螺g敏感性误差对组合导航系统的影响分析
• 3.1 组合导航的基本理论
• 3.1.1 组合结构
• 3.1.2 组合导航模型
• 3.2 微陀螺g敏感性误差的影响分析
• 3.2.1 离散化卡尔曼滤波方程
• 3.2.2 影响分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 微陀螺g敏感性误差的补偿方法研究
• 4.1 可观性定义
• 4.2 含g敏感性误差的组合导航系统全局可观性分析
• 4.2.1 GNSS/MIMU组合导航系统的非线性模型
• 4.2.2 全局可观性分析
• 4.2.3 分析讨论
• 4.3 微陀螺g敏感性误差的补偿方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 半实物仿真平台构建与仿真验证
• 5.1 半实物仿真平台构建
• 5.1.1 半实物仿真平台的结构与硬件实现
• 5.1.2 轨迹生成
• 5.2 仿真验证
• 5.2.1 仿真目的与验证方案
• 5.2.2 微陀螺g敏感性误差对组合系统影响的仿真验证
• 5.2.3 微陀螺g敏感性误差补偿方法的仿真验证
• 5.2.4 结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果