捷联惯性导航系统误差标定方法研究

发布时间：2017-07-01 18:23

  本文关键词：捷联惯性导航系统误差标定方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：捷联式惯性导航系统近年来发展迅速,大有取代平台式惯导系统的趋势。对于它的研究也是日益备受关注,陀螺仪和加速度计作为捷联惯导系统主要的导航信息测量元件,其精度直接决定了捷联惯导系统在实际运用中的精度。惯性测量元件的发展对导航系统的发展有着决定性作用。从上世纪80年代开始,随着半导体技术的发展,微机械惯性测量元件因其成本低,可大规模生产而发展迅猛。本文以微机械惯组STIM300为试验对象,分析和研究导航系统及其惯性组件的误差来源、误差模型和误差标定方法。通过对误差来源分析,确定标定因数误差、随机误差、安装误差和零位误差作为陀螺仪和加速度计静态误差模型的误差项。介绍陀螺测试方法,利用速率试验和12位置试验对惯性组件进行分立标定,结合最小二乘法辨识出惯性组件的标度因数、安装误差和零位误差。给出了一种安装误差和零偏精度检验和修正的方法。在微机械陀螺中,随机噪声比较大,是影响惯性测量组件精度的重要因素。为了分析和消除随机误差的影响,本文从时域角度出发,利用时间序列分析方法建立随机误差的ARMA模型;从频域的角度出发建立Allan方差模型,分析了随机误差的成分。设计Kalman滤波器对随机误差进行消除,为提高导航精度提供理论支持。对于系统级标定内场标定,在静基座条件下,根据实验室条件建立以速度误差为观测信息的标定方法,证明加速度计和陀螺仪24项误差系数的可观测和可辨识性,给出了一种试验编排方式。
【关键词】：捷联惯导 分立标定 随机误差 系统级标定
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 捷联惯导系统概述8-9
• 1.2 惯性仪表概述9-11
• 1.3 标定技术概述11-13
• 1.4 论文安排13-14
• 第2章 捷联惯导系统误差分析与建模14-25
• 2.1 引言14
• 2.2 微机械惯性元件基本原理14-16
• 2.2.1 微机械陀螺仪基本结构与原理14-15
• 2.2.2 微机械加速度计基本结构和原理15-16
• 2.3 STIM300概述16-18
• 2.4 捷联惯导系统误差分析18-20
• 2.5 惯性测量组件误差模型20-21
• 2.5.1 加速度计静态误差模型20-21
• 2.5.2 微机械陀螺静态误差数学模型21
• 2.6 惯性测量组件误差模型误差项21-24
• 2.6.1 标度因数22
• 2.6.2 零偏误差22
• 2.6.3 安装误差22-24
• 2.6.4 随机误差24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 惯性测量组件分立标定方法研究25-42
• 3.1 引言25
• 3.2 陀螺的测试25-26
• 3.3 陀螺组件的标定方法26-30
• 3.4 加速度计组件标定方法30-38
• 3.4.1 加速度计组件标定试验设计31-35
• 3.4.2 数据处理35-37
• 3.4.3 加速度计含二次项误差系数的模型辨识37-38
• 3.5 误差的补偿38
• 3.6 零位误差与安装误差的修正38-40
• 3.6.1 陀螺安装误差的修正38-40
• 3.6.2 零位误差的修正40
• 3.7 本章小结40-42
• 第4章 惯性测量组件随机误差分析与建模42-66
• 4.1 引言42
• 4.2 时间序列分析过程42-46
• 4.2.1 陀螺随机漂移的测取43
• 4.2.2 测试序列平稳化检验及其处理43-45
• 4.2.3 χ~2拟合优度正态检验45-46
• 4.3 ARMA建模识别和检验46-48
• 4.3.1 ARMA模型46
• 4.3.2 MA模型46-47
• 4.3.3 AR模型47-48
• 4.3.4 测试序列相关统计特性48
• 4.3.5 模型检验48
• 4.4 STIM300实测数据分析48-52
• 4.6 基于Allan方差法惯性测量元件随机误差模型的分析52-55
• 4.6.1 功率谱密度PSD53
• 4.6.2 Allan方差模型53-54
• 4.6.3 Allan方差计算法54-55
• 4.7 惯性测量组件主要随机误差项55-59
• 4.7.1 量化噪声（QN）55-56
• 4.7.2 角度随机游走（ARW）56
• 4.7.3 角速率随机游走（RRW）56-57
• 4.7.4 零偏不稳定噪声项（BI）57
• 4.7.5 速率斜坡（RR）57-59
• 4.8 STIM300实测数据分析59-61
• 4.9 交替Allan方差法61-62
• 4.10 Kalman(卡尔曼)滤波62-65
• 4.10.1 离散随机信号Kalman滤波方程63-64
• 4.10.2 Kalman滤波对测试序列的分析64-65
• 4.11 本章小结65-66
• 第5章 捷联惯性组件系统级标定研究66-86
• 5.1 引言66
• 5.2 本章坐标系定义与符号约定66-68
• 5.2.1 导航坐标系66-67
• 5.2.2 体坐标系67
• 5.2.3 计算坐标系67-68
• 5.2.4 参数符号约定68
• 5.3 系统误差方程68-72
• 5.3.1 速度误差方程68-70
• 5.3.2 位置误差方程70
• 5.3.3 姿态误差方程70-71
• 5.3.4 静基座下系统误差方程71-72
• 5.4 系统级标定误差参数标定模型72-75
• 5.4.1 δC_(bd)~n与惯性测量组件误差模型之间的关系73
• 5.4.2 δC_(bd)~n与惯性测量组件误差模型之间的关系73-75
• 5.4.3 δC_(bd)~n与惯性测量组件误差模型之间的关系75
• 5.5 速度误差与惯性测量组件误差模型的关系75-76
• 5.6 可辨识性分析76-81
• 5.6.1 陀螺零偏和标度因数可辨识分析76-77
• 5.6.2 加度计的零偏和标度因数可辨识性分析77-78
• 5.6.3 惯性组件安装误差项的可辨识性分析78-81
• 5.7 标定试验方案的设计81-85
• 5.8 本章小结85-86
• 总结86-88
• 参考文献88-94
• 致谢94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 陈北鸥,孙文胜,张桂宏,陈东海,蒋顺成;捷联组合(设备无定向)六位置测试标定[J];导弹与航天运载技术;2001年03期

2 康宇航;周绍磊;匡宇;祁亚辉;;高精度捷联惯导系统的系统级标定方法[J];兵工自动化;2013年10期

3 张红良;武元新;练军想;吴文启;;基于转台误差分析的高精度惯测组合标定编排改进[J];中国惯性技术学报;2010年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨艳娟;捷联惯性导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘晓庆;捷联式惯导系统误差标定方法研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

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本文编号：507009