船用捷联惯导系统海上对准技术研究

发布时间：2020-06-04 21:57

【摘要】：初始对准的精度对后续导航系统性能影响很大,因此对准问题的研究一直是人们关注的焦点。导航系统的对准工作可以在多种情况下进行,比如完全静态的条件下,系泊状态下,或是在海上行驶过程中。其中,系泊状态时载体姿态会有一定程度的摆动,位置速度也随着飘荡有较小的改变,而最困难的是在海上复杂的环境条件下完成对准。对于在海上进行对准的捷联惯性导航系统来说,由于风浪等因素对载体的干扰,速度位置在不断改变,使得对准的难度大大增加。本文主要研究的是海上对准,目标是在十到十五分钟之内完成对准任务,得到可以用于导航的初始状态信息。首先本文提出采用速度位置积分的方法进行海上粗对准,并在对准算法设计中结合了一种优化的对准方法。此方法可以利用GPS等外部辅助的速度位置信息,结合惯性器件输出的加速度和角速度信息进行不断的更新计算,得到载体的姿态信息。该方法因其积分的特性,使其在较大的内部和外部干扰下,还能有较高的精度和很好的稳定性。文中设置了与海上相似的条件进行了仿真验证,结果表明其对准的水平姿态角几分钟之内可以到达几十角秒的精度,最难得到的航向角的精度也达到十角分的精度。在粗对准后,此时载体的失准角较小,精对准选择应用线性的卡尔曼滤波方法,来进一步提高对准信息的精度。文中建立了线性的卡尔曼滤波状态方程,量测方程,并把外部的位置和速度信息作为观测量。通过最后的仿真验证,估计出载体的姿态误差角及陀螺漂移误差,为后面章节真实数据的验证奠定了基础。最后进行真实数据的验证,但由于试验条件的限制,最后只利用了车载试验数据进行了粗对准和精对准的验证工作。文中先通过真实数据进行粗对准的验证,分析粗对准结果,选择了合适的粗对准时间,然后利用精对准对姿态做进一步的估计并反馈进入系统,纠正了姿态误差。通过车载实验数据分析结果可知,文中的对准方法在实际中比较具有实用性。
【图文】：

关系图,地理,地球,惯性

据不同的计算习惯确定。在所有坐标系体上的坐标系。载体的重心是坐标系载体的纵线指向前，bZ 轴遵从右手规则系之间存在的方位关系。载体的姿态角于解算惯性导航系统参数需要，通常当系作为导航坐标系，，即东北天坐标系。tYnY( )i eZ Z( t nZ Zα

坐标变换图,纵摇角

b图 2.3 坐标变换图与导航坐标系n系为例说的航向角、纵摇角以及n z′ ，第二次绕旋转后的为 b 系b b box y z 。上述转1 0 0 cos 0 cos sin sin0 sin cos 0 sin sin cos sin s cos sin sin sin siψθ θ θ θθ ψ γ ψ ψ θθ ψ γ + n ψ c 系到 b 系的变换矩阵nbC
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U675.73

【参考文献】