高精度惯导系统在线标定与补偿及动态精度评估技术研究

发布时间：2017-03-23 01:10

  本文关键词：高精度惯导系统在线标定与补偿及动态精度评估技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：惯性导航系统是一种完全自主的导航系统,是航天、航空和航海等领域中广泛使用的主要导航系统,在导航领域中占有突出的地位。新型高性能飞行器所具备的灵活机动与多模态飞行特性及恶劣的飞行环境对机载高精度惯性导航系统的自主性、可靠性和精度提出了更高的要求,如何提高机载惯性导航系统的导航性能这一问题亟待解决。为此,本文针对高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估技术展开了研究,以期实现新型高性能飞行器机载导航系统的高精度、自主、可靠导航,为新型高性能飞行器高精度导航提供理论基础和方法参考。本文研究了惯性导航的关键技术,设计了一种高精度惯性导航系统中的IMU确定性误差的在线标定方法,建立了高精度的惯性传感器误差模型与系统高阶在线标定滤波模型,并对惯性导航系统误差的可观测性进行了分析,研究了各类误差的激励特性,实现了对惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的在线标定,从而有效地提高了飞行器动态飞行过程中的惯性导航系统精度。在高精度捷联惯性导航系统误差模型与在线标定滤波模型建立的基础上,本文提出了一种基于新息自适应滤波的惯性IMU误差在线标定方法。该方法可以通过动态调整系统噪声协方差阵和量测噪声协方差阵,进行IMU误差的自适应在线标定,解决了恶劣飞行环境下常规卡尔曼滤波进行在线标定时噪声模型参数不准确的问题,有效地提高了在线标定方法的准确性和适应性。论文通过仿真验证,证明了所设计的基于新息自适应滤波的惯性IMU误差在线标定方法的有效性。为有效评价惯性导航系统的导航性能,本文针对高精度惯性导航系统动态精度评估方法进行研究,设计了导航系统动态精度评估方案,分析了固定区间平滑滤波算法原理,并对现有的算法进行改进以达到更优的平滑效果。针对不同飞行环境进行了改进型固定区间平滑滤波开环修正、固定区间平滑滤波开环修正与卡尔曼滤波开环修正的仿真对比,仿真结果验证了相较卡尔曼滤波,经固定区间平滑滤波开环修正后,惯性导航系统的导航精度将进一步提高,且改进后的固定区间平滑滤波算法具有更优的平滑效果。因此,利用固定区间平滑滤波算法可获得高精度的导航基准参数,可将其作为系统离线性能评估的参考量,实现对惯性导航系统的动态精度评估。在惯性导航系统在线标定方法与动态精度评估算法理论研究的基础上,构建了高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估的全数字仿真平台与半物理仿真平台,为高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估技术提供了良好的验证手段。
【关键词】：惯性导航 在线标定 精度评估 自适应滤波 平滑滤波
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 论文研究背景15-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 惯性传感器国内外研究现状16-17
• 1.2.2 捷联惯性导航系统误差在线标定技术国内外研究现状17-18
• 1.2.3 动态精度评估技术国内外研究现状18-19
• 1.3 课题研究的目的与意义19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-23
• 第二章 高精度惯性导航系统误差在线标定方法研究23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 高精度惯性导航系统误差在线标定总体方案设计23-24
• 2.3 高精度捷联惯性导航系统误差建模24-27
• 2.3.1 惯性传感器测量误差建模24-25
• 2.3.2 捷联惯性导航系统误差建模25-27
• 2.4 高精度惯性导航系统误差在线标定滤波模型27-30
• 2.4.1 在线标定滤波状态方程27-29
• 2.4.2 在线标定滤波量测方程29-30
• 2.4.3 惯性传感器误差补偿算法30
• 2.5 高精度惯性导航系统误差可观测性分析30-34
• 2.5.1 基于奇异值分解的系统可观测性分析方法30-31
• 2.5.2 可观测性分析仿真条件设置31
• 2.5.3 仿真结果与分析31-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 基于新息自适应滤波的在线标定方法优化研究36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 传统卡尔曼滤波在线标定方法36-37
• 3.3 基于新息自适应滤波的在线标定方法37-40
• 3.3.1 系统噪声协方差阵的自适应估计和调整37-38
• 3.3.2 量测噪声协方差阵的自适应估计和调整38-39
• 3.3.3 基于新息自适应滤波的在线标定算法流程39-40
• 3.4 高精度惯导误差在线标定仿真结果分析40-44
• 3.4.1 在线标定航迹设计40
• 3.4.2 在线标定仿真参数设置40-41
• 3.4.3 惯性传感器误差在线标定结果41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 高精度惯性导航系统动态精度评估方法研究45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 导航系统动态精度评估方案总体设计45-46
• 4.3 基于改进固定区间平滑滤波的动态基准设计46-50
• 4.3.1 平滑滤波方法46-47
• 4.3.2 固定区间平滑滤波算法原理47
• 4.3.3 与KF原理及实现对比47-49
• 4.3.4 改进算法49-50
• 4.4 基于改进固定区间平滑滤波的导航系统动态性能评估基准仿真验证50-58
• 4.4.1 仿真流程50-51
• 4.4.2 仿真参数设置51-52
• 4.4.3 仿真结果分析52-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估验证59-82
• 5.1 引言59
• 5.2 高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估性能验证方案59-60
• 5.3 高精度惯性导航系统在线标定与补偿算法性能验证60-71
• 5.3.1 仿真验证60-66
• 5.3.2 实测数据验证66-71
• 5.4 高精度惯性导航系统动态精度评估算法性能验证71-81
• 5.4.1 仿真验证71-75
• 5.4.2 实测数据验证75-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 全文总结与展望82-84
• 6.1 本文工作总结82-83
• 6.2 后续工作展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文89-90

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本文编号：262602