捷联惯性导航系统动态误差标定与补偿算法研究

发布时间：2017-04-17 06:06

  本文关键词：捷联惯性导航系统动态误差标定与补偿算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 动态误差标定与补偿是提高捷联惯性导航系统精度的关键技术。对于高动态环境下中高精度应用需求,尺寸效应的标定与补偿、抑制动态误差的比力积分算法、导航参考坐标系选择和加速度计动态误差等是影响捷联惯导系统动态精度的重要因素。 针对以上若干问题,论文主要进行了以下几方面的研究工作: 1.提出一种捷联惯导系统尺寸效应标定补偿方法,先标定出捷联惯导系统中每个加速度计相对于三轴转台回转中心的杆臂参数,再基于尺寸效应误差最小原则,对载体坐标系原点位置进行优化,得出相应的尺寸效应参数。提出当各个加速度计敏感轴相交于一点时,以该点作为载体坐标系原点,相应的尺寸效应影响最小。对于零偏稳定性优于2×10 ?5g的加速度计,杆臂参数与尺寸效应参数标定重复性优于0.2mm。以实际激光陀螺捷联惯导系统进行试验验证,将载体坐标系原点置于三轴转台回转中心,以重力加速度g为基准验证标定补偿效果,为消除温度及逐次启动零偏变化影响,系统充分预热,一次通电标定补偿验证,转台匀速转动情况下,补偿后10min平均偏差小于2×10 ?6g。根据激光陀螺角增量采样值求出角速度和角加速度,对惯导实验中的尺寸效应进行补偿,在转台角运动条件下纯惯性导航1h定位误差由尺寸效应补偿前的1600m减小到补偿后的300m以内。 2.传统捷联惯导速度更新算法中,将载体坐标系中的比力积分增量变换到导航参考坐标系中,载体姿态变化的影响通常采用一阶近似模型进行计算。针对包括角振动和加速运动的高动态情况,论文分析了比力积分增量变换采用一阶近似模型的局限,在典型角振动及加速运动条件下对忽略姿态变化二阶项造成的速度更新误差进行了理论分析。论文提出了一种基于幂级数展开的算法误差分析方法,通过比较,揭示了对偶四元数比力积分算法精度高于传统比力积分算法的原因,即和传统比力积分算法相比,对偶四元数比力积分算法等价于考虑了载体姿态变化影响的二阶项。通过典型角振动及加速运动条件下传统捷联惯性导航算法和对偶四元数导航算法的仿真比较,对理论分析结果进行了验证。 3.论文分析了当地水平地理坐标系下的姿态更新算法,研究了大角运动动态环境下,导航参考坐标系相对惯性系转动角速度在载体坐标系下的投影误差影响。通过比较以惯性坐标系为导航参考坐标系的传统导航算法以及对偶四元数导航算法,揭示了对偶四元数导航算法精度高于当地水平地理坐标系下传统导航算法的另一个原因——以惯性坐标系为导航参考坐标系,避免了导航参考坐标系相对惯性系转动角速度在载体坐标系下的投影误差影响。在理论分析的基础上,针对连续转动动态环境,通过仿真和实际激光陀螺捷联惯导系统转台实验对研究结果进行了验证。 4.基于激光陀螺捷联惯导系统振动台试验,对动态情况下石英挠性加速度计振摆误差参数辨识算法进行了探索和尝试,根据振动环境下的捷联惯导系统2KHz高频采样数据,研究基于时域、频域分析的动态误差辨识标定补偿方法。试验数据分析表明,基于时域、频域的参数辨识模型具有很好的一致性。由于振动环境下多种误差因素的复杂性,不同振动条件下的石英挠性加速度计振摆误差参数辨识结果重复性不好,有待进一步深入研究。
【关键词】：捷联惯导系统 动态误差 尺寸效应 比力积分算法 对偶四元数 导航参考坐标系 加速度计振摆误差
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U666.12
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 选题背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 尺寸效应的研究现状15
• 1.2.2 抑制动态误差的比力积分算法的研究现状15-16
• 1.2.3 加速度计动态误差的研究现状16-17
• 1.3 论文的主要内容和结构安排17-20
• 第二章 动态环境下尺寸效应参数标定与优化补偿算法研究20-38
• 2.1 加速度计一般安装关系下的尺寸效应模型分析20-21
• 2.2 基于尺寸效应最小的载体坐标系原点位置优化21-23
• 2.3 基于三轴转台的尺寸效应参数标定方法23-27
• 2.4 实验结果与验证分析27-37
• 2.4.1 转台匀速转动情况下的重力场实验验证29-31
• 2.4.2 转台摇摆情况下的纯惯导实验验证31-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 动态环境下传统比力积分算法与对偶四元数算法的比较研究38-48
• 3.1 传统比力积分算法中姿态变化一阶计算模型的局限39
• 3.2 典型角振动和加速运动条件下姿态变化二阶量影响的误差分析39-42
• 3.3 对偶四元数比力积分算法的姿态变化二阶模型等价性42-45
• 3.4 仿真条件以及仿真结果比较45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 动态环境下导航参考坐标系的选择对算法精度的影响48-66
• 4.1 动态环境下当地水平地理坐标系下两种姿态更新算法的比较48-52
• 4.1.1 直接计算载体坐标系相对地理坐标系姿态变化的算法误差分析48-52
• 4.1.2 姿态更新算法的改进52
• 4.2 仿真计算以及连续转动实验验证52-56
• 4.2.1 仿真计算52-54
• 4.2.2 连续转动实验验证54-56
• 4.3 惯性系下传统导航算法与当地水平地理系下导航算法的比较56-61
• 4.3.1 姿态更新57-58
• 4.3.2 速度更新58
• 4.3.3 位置更新58-59
• 4.3.4 实验验证59-61
• 4.4 惯性系下传统导航算法与对偶四元数导航算法的比较61-64
• 4.4.1 仿真计算61-63
• 4.4.2 实验验证63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 动态环境下石英加速度计动态误差补偿算法研究66-76
• 5.1 振摆误差产生机理66-67
• 5.2 振摆参数时域分析与辨识67-69
• 5.3 振摆参数频域分析与辨识69-72
• 5.4 实验结果及分析72-75
• 5.4.1 时域、频域方程的系数比较73-74
• 5.4.2 振摆参数辨识结果74-75
• 5.4.3 结果分析75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 后续工作77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 作者在学期间取得的学术成果83-84
• 作者在攻读硕士学位期间参与的主要科研工作84-85
• 附录A 惯性导航常用坐标系85-86
• 附录B 主要符号约定86-87
• 附录C 公式推导87-92

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 林玉荣;陈亮;付振宪;;捷联惯导系统两种速度更新算法的比较研究[J];兵工学报;2012年10期

2 范建英;李杰;陈文蓉;秦丽;刘俊;;高精度数字陀螺仪安装误差标定与补偿方法[J];传感技术学报;2013年04期

3 林玉荣;沈毅;金晓洁;;基于地速分解的高精度捷联惯性导航算法[J];中国惯性技术学报;2013年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 陈亮;基于对偶四元数的捷联惯性导航算法[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 纪文涛;弹载GPS/SINS组合导航系统研究[D];南京理工大学;2012年

3 陈武;弹载捷联惯性导航算法与装置的研究[D];西安工业大学;2012年

4 陈磊;车载GPS动态导航算法及其应用研究[D];北京交通大学;2012年

5 邵继青;光纤陀螺捷联导航列车定位技术的研究[D];兰州交通大学;2012年

  本文关键词：捷联惯性导航系统动态误差标定与补偿算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：312573