惯导旋转调制姿态误差模型研究

发布时间：2020-08-05 13:11

【摘要】：惯性导航是利用惯性敏感元件(陀螺仪和加速度计)测量运载体的角速率和加速度,从而计算出运载体的速度、位置和姿态等导航信息。但是陀螺仪的零偏效应等惯性敏感元件器件误差会引起导航系统误差,针对惯性器件误差的自补偿,一种有效的方法是采用旋转调制技术,但旋转调制技术会引起额外的旋转调制姿态误差,直接影响姿态测量精度,为实现旋转调制姿态误差实时补偿奠定理论基础,论文研究旋转调制姿态误差规律并建立误差模型以全面描述惯导系统各误差源引起的实时姿态误差。本研究介绍旋转调制惯导误差调制和姿态测量原理,在此基础上全面分析引起实时姿态误差的误差参数:陀螺仪常值漂移、标度因数误差、惯性器件安装误差、测角误差和旋转装置安装误差等,并建立误差坐标系以全面描述误差参数对姿态测量矩阵的影响;为验证实时姿态误差模型,基于单、双轴旋转惯导姿态测量原理,推导误差参数与姿态输出之间的关系,建立与旋转调制角度、导航时间、旋转顺序相关的姿态误差状态方程;紧接着,全面推导误差参数引起的旋转调制姿态误差解析解,分析误差参数与旋转调制姿态误差周期和幅值之间的关系,进而建立旋转调制姿态误差实时模型,并阐明姿态误差变化规律,并用仿真方法验证其规律和理论结果;本文探索了基于旋转调制姿态误差模型的误差参数标校并给出误差参数标校算法,为验证所提出理论对旋转导航系统精度补偿的有效性,选择以连续正反转的单轴旋转调制模型和十六次序转停的双轴旋转调制模型为基础,分别构建单、双轴旋转调制全面精确误差模型和导航实时姿态误差模型,结合旋转调制实时姿态误差模型,研究了导航系统误差参数标校算法,仿真结果验证误差模型的可行性。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN96
【图文】：

图 2.1 载体坐标系示意图坐标系( n 系)-- o xnynzn系是在导航时根据导航系统工作的需要而选取的作为导坐标系是捷联式惯性导航系统常用的导航坐标系之一，本作为导航坐标系。仪表坐标系（ s 系）-- o xsyszs坐标系是为了旋转调制系统旋转运动需求定义的坐标系性器件的重心，并且坐标系三轴方向为三组正交惯性测量该坐标系为 o xsyszs。

10图 2.2 各坐标系示意图2.2.2 坐标系间转换矩阵（1）姿态角定义载体的姿态角是由欧拉概念定义的，所以又称欧拉角。载体的姿态角是由载体坐标系与地理坐标系之间的转换关系确定的，用航向角、俯仰角和横滚角三个欧拉角表示。横摇角 φ（roll）：载体坐标系横向轴（ xb轴）与通过载体横向轴的铅垂面间投影的夹角，载体向右滚为正，反之为负，滚动范围为 -180°～ 180°。纵摇角 θ（pitch）：载体坐标系纵向轴（ yb轴）与载体横向轴在水平面投影的夹角。当纵向轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上时，俯仰角为正，否则为负，俯仰范围为 -90°～ 90°。航向角 ψ（yaw）：载体纵轴在实时所处地理位置水平面上的投影与地理北向轴之间的夹角即为载体的航向角,航向角数值是通过起点为地理北向逆时针方向转动计算的，即载体右偏东向为正，反之为负，其范围是 0°～ 360°。（2）载体坐标系与地理坐标系之间的姿态转换关系

图 2.3 是捷联式惯性导航系统的基本原理示意图。图 2.3 捷联惯性导航原理图2.3.3 姿态方程计算本文主要研究舰船航行过程中，各误差参数引起的惯性导航系统姿态误差变化规律，而载体的姿态角是由载体坐标系与地理坐标系之间的转换关系确定的，用航向角、俯仰角和横滚角三个欧拉角表示。因此由式（2-2）我们可以得到11 12 1321 22 2331 32 33 = nbc c cC c c cc c c(2-3)

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本文编号：2781598