基于平台/捷联混合方式的全姿态惯性导航方法研究

发布时间：2021-05-25 16:17

　　捷联式惯性测量系统成本低、功耗小、结构简单、可靠性高,且能够全姿态工作;但系统工作时,加速度计中与角运动有关的动态误差项容易被激发。而平台式惯性测量系统能够隔离载体角运动,为加速度计提供稳定的工作环境,但其成本高、功耗大、结构复杂、可靠性较低,且姿态控制受框架限制。为综合平台技术与捷联技术的各自优势,克服各自缺点,开展基于平台/捷联混合方式的全姿态惯性导航控制方法研究。基于质点运动学方程,推导了几种常用的导航方程,使之能够同时适用于捷联式惯性导航系统和平台式惯性导航系统;提出了一种适用于不同导航坐标系的统一惯性导航方法,给出导航方程、力学编排和误差分析;分别通过平台惯性导航、捷联惯性导航和组合导航试验,验证了统一惯性导航方程的有效性。介绍了包括捷联式、平台式和混合式惯性导航系统及其特点。以单轴混合式惯性导航系统为例,基于高速旋转弹的高动态特性,给出捷联/GPS空中对准方法和单轴稳定/GPS空中对准方法,通过仿真验证了方法的有效性;开展基于微机械惯性测量单元的单轴稳定系统方案设计与稳定回路设计,通过仿真验证了设计的合理性;还对比两种空中对准方法,突出了单轴稳定系统的优越性。推导了四轴平台... 

【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市

【文章页数】：124 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 捷联式惯性导航系统发展状况及趋势
        1.2.2 平台式惯性导航系统发展状况及趋势
        1.2.3 平台/捷联混合式惯性导航方法的提出
    1.3 主要研究内容
2 惯性导航方程
    2.1 质点运动微分方程
    2.2 常用惯性导航方程
        2.2.1 惯性坐标系的运动方程
        2.2.2 地固坐标系运动方程
        2.2.3 地平坐标系运动方程
    2.3 统一惯性导航方法
        2.3.1 统一惯性导航方程
        2.3.2 统一惯性导航方程的力学编排
        2.3.3 统一惯性导航方程的误差分析
    2.4 惯性导航试验验证
        2.4.1 平台式惯性导航试验验证
        2.4.2 捷联式惯性导航试验验证
        2.4.3 组合导航试验验证
    2.5 本章小结
3 惯性导航系统的基本形式
    3.1 捷联式惯性导航系统
        3.1.1 姿态矩阵和姿态角计算
        3.1.2 捷联式惯性导航系统的特点
    3.2 单轴混合式惯性导航系统
        3.2.1 单轴混合式系统方案
        3.2.2 单轴混合式系统的特点
    3.3 双轴混合式惯性导航系统
        3.3.1 双轴混合式系统方案
        3.3.2 双轴混合式系统的特点
    3.4 三轴平台式惯性导航系统
        3.4.1 三轴平台系统方案
        3.4.2 三轴平台系统的特点
    3.5 四轴平台式惯性导航系统
        3.5.1 四轴平台系统方案
        3.5.2 四轴平台系统的特点
    3.6 本章小结
4 空中对准方法
    4.1 SINS/GPS方案的空中对准
        4.1.1 状态方程与误差分析
        4.1.2 基于状态观测器的设计
        4.1.3 基于卡尔曼滤波器的设计
        4.1.4 SINS/GPS方案仿真分析
    4.2 单轴稳定/GPS方案的空中对准
        4.2.1 单轴稳定系统平台方案
        4.2.2 单轴稳定系统平台建模
        4.2.3 单轴稳定平台误差分析
        4.2.4 单轴稳定/GPS方案仿真
    4.3 本章小结
5 四轴平台系统全姿态控制方法
    5.1 四轴平台系统建模
        5.1.1 四轴平台系统运动学方程
        5.1.2 四轴平台系统动力学方程
    5.2 四轴平台系统稳定回路控制现状
        5.2.1 稳定回路控制策略A
        5.2.2 稳定回路控制策略B
        5.2.3 稳定回路控制策略C
    5.3 四轴平台系统稳定回路设计
        5.3.1 稳定回路力矩解耦
        5.3.2 四轴平台全姿态控制仿真
    5.4 本章小结
6 球面网壳型框架设计
    6.1 弧三角型球面网壳框架
        6.1.1 弧三角型球面网壳设计
        6.1.2 弧三角型球面框架实现
    6.2 双极轴型球面网壳框架
        6.2.1 双极轴型球面网壳设计
        6.2.2 双极轴型球面框架实现
    6.3 弧三角型球面网壳框架力学分析
        6.3.1 有限元模型与边界条件
        6.3.2 弧三角型框架静力学分析
        6.3.3 弧三角型框架模态分析
    6.4 模型展示
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 主要工作内容
    7.2 创新性工作
    7.3 后续工作设想
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种球面网壳型平台框架设计及仿真分析[J]. 黄云龙,魏宗康.  导航与控制. 2017(01)
[2]论混合式惯性导航系统[J]. 冯培德.  中国惯性技术学报. 2016(03)
[3]一种惯性平台三轴同时转位控制方法[J]. 孙超,王汀,魏燕红.  导航与控制. 2015 (04)
[4]制导炮弹捷联惯导基于GPS的飞行中对准算法（英文）[J]. 梅春波,秦永元,游金川.  中国惯性技术学报. 2014(01)
[5]飞行器惯性导航误差仿真平台设计[J]. 郭庆叶,柳明.  滨州学院学报. 2013(06)
[6]捷联惯导系统单轴旋转调制误差传播机理研究[J]. 董巍巍,李钊,李建军,李冰,胡礼勇.  无线电工程. 2013(12)
[7]光纤陀螺旋转捷联惯导系统的发展与应用[J]. 孙伟,孙枫,刘繁明.  传感器与微系统. 2012(11)
[8]GPS/INS组合制导弹药空中对准的初始滚转角估计新算法[J]. 佘浩平,杨树兴,倪慧.  兵工学报. 2011(10)
[9]基于导航坐标系的捷联惯导系统旋转调制分析[J]. 王振桓,陈希军,曾庆双.  哈尔滨工程大学学报. 2011(07)
[10]光学陀螺捷联惯性系统的发展与展望[J]. 查峰,高敬东,许江宁,胡柏青.  激光与光电子学进展. 2011(07)

硕士论文
[1]全姿态惯性稳定平台控制方法研究[D]. 胡悦.国防科学技术大学 2013
[2]平台惯导系统综合性能评判方法[D]. 尹旬元.哈尔滨工业大学 2012
[3]高精度惯导系统稳定回路的工程适应性研究[D]. 李刚.哈尔滨工程大学 2006



本文编号：3205638