MEMS捷联惯导系统的初始对准技术研究

发布时间：2020-08-27 14:10

【摘要】：捷联式惯导系统现已是舰船导航领域中发展的主流方式,尤其是高精度器件的捷联惯导系统已被广泛应用。而MEMS惯性器件凭借成本低廉、尺寸微小等优势,在惯导系统的发展中得到重视。但由于MEMS陀螺组件的精度较低,对导航系统的工作性能造成影响,尤其为初始对准带来了很大难题,使得MEMS捷联惯导系统的发展受到较大限制。基于此,本文深入研究了舰船上MEMS捷联惯导系统的初始对准技术。文章首先研究了在静基座下运用磁强计辅助完成对准的方法:以磁强计计算航向角作为初始航向角,并作为精对准Kalman滤波的观测量对解算信息进行辅助对准,最后通过仿真实验结果可知此方案达到了对准精度要求,但这种方案也具有一定的局限性。为了提高初始对准方案在实际应用中的价值,文章提出了一种将双轴旋转技术应用在MEMS捷联惯导中的初始对准方案,将零偏误差进行调制,使其周期内的积分为零,从而消除部分器件误差,提高初始对准精度。在磁强计辅助对准的方案中,粗对准共给出了3种捷联矩阵的计算方法,包括一种利用磁强计直接计算航向角和两种构造矢量矩阵间接求得捷联矩阵。精对准选用在Kalman滤波的量测量中加入航向角误差的方法,并对其进行仿真及真实数据的实验验证。分析实验结果可知,磁强计辅助下的初始对准方案,水平姿态角对准误差不超过5角分,航向角误差小于1°。最后为测试磁强计的抗干扰能力,使用受铁块影响的磁强计数据算得航向角误差漂移较大,验证了磁强计输出易受环境影响的特点,为下文基于双轴旋转的自主对准方案的设计做铺垫。针对MEMS惯性器件精度较低的特点,本文首先从旋转次序、旋转速度及转停时间三个因素出发对双轴旋转方案进行设计,并对确定的双轴旋转做出误差分析,验证其旋转调制效果。然后在此双轴旋转条件下设计了一套双轴旋转的方案:粗对准将罗经对法简化,省略其再对准的过程,直接对载体的姿态角进行估算;之后对系统进行可观测性分析,选出最佳状态变量,使用Kalman滤波和一种改进的Saga-Husa自适应滤波进行精对准。通过仿真实验验证,两种滤波方法均达到了理想的对准精度。本文最后为测试在实际工作状态下初始对准方案的性能,设计了磁强计辅助的半物理仿真实验和双轴旋转的转台实验。通过对实验数据进行仿真验证,证明了这两种初始对准方案的实用性。
【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】：2019
【分类号】：U674.7
【图文】：

导系统进行了旋转调制。如图 1.2 所示，北航学者将 MEMS 陀螺器件的零偏稳定性为 30°/h，加速度计为 1.58″。经过实验可得静基座下误差不超过 0.5其次，如图 1.3 所示，浙大学者也使 MEMS 航姿系仪的零偏稳定性为 15°/h，加速度计的零偏为 0.005g实验可得静基座下误差小于 1°，动基座下误差小于在项目中也使用单轴旋转方式调制非转轴方向的器差进行补偿。方案来看，实验中在使用旋转装置的基础上也运用旋转装置为单轴旋转系统，没有达到独立导航的目的效果，而航向角的对准精度则没有在实验结果系统自主对准方向中，还没有实际有效的方案被提出

来看，实验中在使用旋转装置的基础上也装置为单轴旋转系统，没有达到独立导航果，而航向角的对准精度则没有在实验主对准方向中，还没有实际有效的方案被 北京航空航天大学 MEMS 旋转调制型航姿系统

2.1 e系、i 系、t 系和n系间的关系图标系被创建的过程可以发现，不同坐关联性，坐标系间不是完全相互孤立分析时，经常会用到不同坐标系，而捷联惯导的目的[30]。而空间任意两坐又可以通过旋转不同坐标轴得到。 2.2 所示：ψψO''nz'ny''( )b ny ybz ( )'n nz z

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘昕;;舰载武器的捷联惯导系统初始对准方法研究[J];科技展望;2014年22期

2 赵馨;王世峰;佟首峰;韩成;姜会林;;飞机-地面间激光通信天线的初始对准[J];光学精密工程;2008年07期

3 程加斌,张炎华;船用捷联惯性导航系统初始对准的最优化设计[J];上海交通大学学报;1997年12期

4 于国宏;捷联惯导系统初始对准技术的研究[J];上海航天;1995年03期

5 韩九如;;利用火控系统进行坦克导航[J];飞航导弹;1987年S2期

6 任思聪,王墨君;带单轴稳定惯导系统的初始对准[J];航空学报;1988年09期

7 马澍田;;惯导平台在动基座上初始对准的一种改进方法[J];黑龙江自动化技术与应用;1988年02期

8 牟学升;孔经才;;速率捷联系统初始对准滤波方案[J];航天控制;1988年02期

9 姚艳生;吴向东;;战术导弹初始对准误差的一种空中估测方法[J];现代防御技术;2007年05期

10 徐清雷,邓正隆,张传斌;捷联惯导系统快速初始对准方法仿真研究[J];系统仿真学报;2004年06期

相关会议论文 前10条

1 董劲峰;郭伟;张岩;;现代控制理论在惯导初始对准中的应用[A];中国惯性技术学会测试专业委员会第八次学术交流会论文集[C];2003年

2 刘敬杰;刘瑞华;;微捷联惯导系统晃动基座初始对准算法的实现[A];全国第一届信号处理学术会议暨中国高科技产业化研究会信号处理分会筹备工作委员会第三次工作会议专刊[C];2007年

3 孙寿才;谢玲;韩勇强;宋春雷;周建军;;一种基于惯性系和捷联惯组的运动基座初始对准方法[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2011年

4 赵曦晶;汪立新;何志昆;张博;赵晗;;捷联惯导系统大失准角高斯过程回归初始对准[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

5 陈新东;郭杭;邓林坤;;简化卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波在初始对准中的比较研究[A];卫星导航定位与北斗系统应用2017——深化北斗应用 开创中国导航新局面[C];2017年

6 严恭敏;严卫生;徐德民;;逆向导航算法及其在捷联罗经动基座初始对准中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

7 牟玉涛;方海涛;;捷联惯导系统车载环境下的初始对准方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

8 赵豪;李俊;冯非;;三种不同匹配方式的动基座快速初始对准方法研究[A];中国造船工程学会2007年优秀学术论文集[C];2008年

9 雷堰龙;王跃钢;柏秀亮;蔚跃;陈苏邑;;多辅助信息下动基座初始对准方法研究[A];惯性技术发展动态发展方向研讨会文集——新世纪惯性技术在国民经济中的应用[C];2012年

10 魏宗康;牛冰;;捷联惯性导航系统动基座全方位初始对准方法[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 冉昌艳;非线性滤波方法在AUV导航系统中的应用研究[D];东南大学;2017年

2 卢宝峰;捷联惯导标定及初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

3 李宗涛;高动态捷联惯导系统的并行实现研究[D];浙江大学;2012年

4 张义;舰船捷联惯性系统初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

5 谷宏强;光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究[D];南京理工大学;2009年

6 姜竹青;自主导航中滤波算法的研究及应用[D];北京邮电大学;2014年

7 向礼;非线性滤波方法及其在导航中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

8 管冬雪;船用捷联惯导系统动基座初始对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

9 王振凯;非线性对准方法和辅助导航系统解析性能分析[D];哈尔滨工业大学;2015年

10 谭彩铭;车载捷联惯导系统动基座初始对准方法研究[D];南京理工大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 车沣竺;MEMS捷联惯导系统的初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

2 谈潇麟;基于摄像测量的舰载姿态基准快速传递方法研究[D];国防科学技术大学;2016年

3 王光园;纬度信息受限条件下捷联惯导系统的初始对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

4 彭汉;水下潜器捷联式惯性导航系统初始对准技术的研究[D];昆明理工大学;2018年

5 左德胜;行人自主导航算法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 刘心雨;光纤捷联罗经系统初始对准技术研究[D];东南大学;2017年

7 董亚;捷联式光纤陀螺罗经的初始对准和阻尼技术研究[D];东南大学;2018年

8 陈祥荣;基于捷联惯性导航车辆初始对准技术研究[D];沈阳工业大学;2016年

9 王晓雪;光纤捷联惯导系统初始对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

10 李英兰;逆向导航算法在初始对准中的应用及系统实现[D];哈尔滨工程大学;2016年

本文编号：2806203