高动态环境捷联惯导信号处理及高精度姿态速度算法研究
发布时间：2021-07-07 11:36
捷联惯性导航是一门涉及多种精密学科领域的综合科学技术。由于其导航原理是建立在惯性传感器的测量和数字积分运算的基础上,任何微小的器件输出误差和算法误差都会随时间累积,导致导航误差不断增大。为了获得高动态环境下的高精度导航结果,一方面要不断提高惯性传感器的精度和高动态量程,并通过误差建模和补偿手段减小惯性器件误差对导航精度的影响。另一方面捷联惯性导航算法本身也需要随之发展,提高在高动态背景,特别是如圆锥运动、强振动、划桨运动等恶劣环境下的性能,与惯性器件的输出相匹配,最终满足现实对高动态和高精度捷联惯导系统的整体要求。本文对高动态环境捷联惯导系统信号处理及高精度姿态速度算法进行了深入研究。研究分为三个方面:1)陀螺仪随机误差的分析和建模研究;2)高动态环境下高精度的捷联惯导姿态算法研究;3)高动态环境下高精度的捷联惯导速度算法研究。目的是通过对陀螺仪误差的建模和导航算法的优化,进一步提高纯捷联惯导系统的精度。陀螺仪的性能对捷联惯导系统的精度影响至关重要。对陀螺仪输出噪声的建模和补偿,一直是高精度捷联惯导系统的关键技术之一。本文对陀螺仪随机噪声的时间序列建模方法进行了深入研究。根据陀螺仪随机...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题的研究内容和意义
1.2 课题相关技术的发展概况
1.2.1 陀螺仪技术的发展
1.2.2 陀螺仪误差建模和补偿技术的发展
1.2.3 捷联导航算法的发展
1.3 课题的研究基础与依托
1.4 论文的内容与安排
第二章 基于自适应/鲁棒Kalman滤波技术的陀螺仪随机噪声的分析和建模
2.1 引言
2.2 陀螺随机噪声数据的预处理方法
2.2.1 趋势项数据的检验和滤除方法
2.2.2 周期项数据的检验和滤除方法
2.2.3 平稳性检验方法
2.3 基于自适应Kalman滤波的陀螺随机噪声AR模型建模方法研究
2.3.1 某光纤陀螺随机噪声数据的预处理
2.3.2 传统Yule-Walker法建模
2.3.3 基于自适应Kalman滤波的AR模型建模
2.4 基于鲁棒Kalman滤波的陀螺随机噪声ARMA模型建模方法研究
2.4.1 VG951光纤陀螺随机噪声数据的预处理
2.4.2 基于鲁棒Kalman滤波的ARMA模型建模
2.5 陀螺随机噪声的MA建模方法研究
2.5.1 某国产MEMS陀螺随机噪声数据的预处理
2.5.2 基于Gevers-Wouters法的陀螺随机噪声MA建模方法
2.5.3 基于新息递推估计法的陀螺随机噪声MA建模方法
2.5.4 y轴和z轴陀螺仪随机噪声的MA建模结果对比
2.6 本章小结
第三章 圆锥姿态算法的数学分析和完善研究
3.1 引言
3.2 经典3子样圆锥算法的流程分析
3.2.1 旋转矢量求解的连续形式
3.2.2 经典圆锥运动模型
3.2.3 经典圆锥算法的流程分析
3.3 经典3子样圆锥算法假设的完善证明
3.4 经典圆锥算法的深入分析
3.4.1 完备的3子样经典圆锥算法通式
3.4.2 简化3子样经典圆锥算法
3.4.3 仿真验证
3.5 本章小结
第四章 圆锥运动环境下二阶高精度旋转矢量姿态算法研究
4.1 引言
4.2 二阶角增量圆锥优化算法
4.2.1 传统角增量圆锥算法误差分析
4.2.2 二阶3子样角增量圆锥优化算法
4.2.3 角增量圆锥算法误差分析
4.2.4 三种角增量圆锥算法的时间开销研究
4.3 角增量圆锥算法仿真验证
4.4 二阶角速率圆锥优化算法
4.4.1 传统3子样角速率圆锥算法
4.4.2 二阶3子样角速率圆锥优化算法
4.4.3 角速率圆锥算法误差分析
4.5 角速率圆锥算法仿真验证
4.6 本章小结
第五章 非圆锥环境下二阶高精度旋转矢量姿态算法研究
5.1 引言
5.2 旋转矢量算法的实用性分析
5.3 振动环境下的二阶旋转矢量优化算法
5.4 非振动环境下诸旋转矢量算法的性能分析
5.5 数字仿真和实验验证
5.5.1 振动环境下的仿真验证
5.5.2 非振动环境下的仿真验证
5.5.3 转台实验
5.6 本章小结
第六章 高动态环境下适用于不同传感器输出组合的高精度速度算法研究
6.1 引言
6.2 速度计算中的旋转效应和划桨效应分析
6.3 基于角增量和比力的划桨算法研究
6.3.1 基于角增量和比力的2间隔划桨算法的一般结果
6.3.2 基于角增量和比力的2间隔划桨优化算法
6.3.3 基于角增量和比力的划桨优化算法通式
6.4 基于角速率和速度增量的划桨优化算法研究
6.4.1 基于角速率和速度增量的划桨算法的一般结果
6.4.2 基于角速率和速度增量的划桨优化算法通式
6.5 仿真验证
6.6 跑车实验
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文的主要工作与创新
7.1.1 论文的主要工作与研究内容
7.1.2 论文的创新性工作总结
7.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于角速率和速度增量的捷联惯导划桨效应优化算法[J]. 徐梓峰,卢艳娥,庞春雷. 弹箭与制导学报. 2013(06)
[2]基于6类噪声项拟合模型的光纤陀螺噪声特性分析方法[J]. 李京书,许江宁,查峰,何泓洋. 兵工学报. 2013(07)
[3]光纤陀螺随机漂移建模及其在惯导误差方程中的应用[J]. 郭铃,吴训忠,金毅. 光学技术. 2013(04)
[4]稳定跟踪平台陀螺噪声及滤波去噪方法[J]. 刘少轩,马琰,吴旭光,张勇辉. 工业仪表与自动化装置. 2013(03)
[5]MEMS陀螺随机误差的实验测试分析[J]. 张宇辛,卞鸿巍,朱涛. 舰船电子工程. 2013(05)
[6]基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法[J]. 芦佳振,李婕,张春熹,严峰. 宇航学报. 2013(04)
[7]插秧机微机械陀螺随机误差分析及建模[J]. 刘晓光,胡静涛,白晓平,李逃昌,高雷. 中国惯性技术学报. 2013(02)
[8]4He量子干涉仪陀螺的数学模型（英文）[J]. 郑睿,赵伟,刘建业,谢征,冯铭瑜. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2012(04)
[9]超流体量子干涉陀螺仪的热噪声分析[J]. 郑睿,赵伟,刘建业,谢征. 中国惯性技术学报. 2012(06)
[10]超流体物质波干涉陀螺仪的噪声研究[J]. 赵伟,郑睿,刘建业,谢征. 航空学报. 2013(04)
博士论文
[1]光纤捷联航姿系统信号处理与姿态算法研究[D]. 祝燕华.南京航空航天大学 2008
本文编号：3269560
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题的研究内容和意义
1.2 课题相关技术的发展概况
1.2.1 陀螺仪技术的发展
1.2.2 陀螺仪误差建模和补偿技术的发展
1.2.3 捷联导航算法的发展
1.3 课题的研究基础与依托
1.4 论文的内容与安排
第二章 基于自适应/鲁棒Kalman滤波技术的陀螺仪随机噪声的分析和建模
2.1 引言
2.2 陀螺随机噪声数据的预处理方法
2.2.1 趋势项数据的检验和滤除方法
2.2.2 周期项数据的检验和滤除方法
2.2.3 平稳性检验方法
2.3 基于自适应Kalman滤波的陀螺随机噪声AR模型建模方法研究
2.3.1 某光纤陀螺随机噪声数据的预处理
2.3.2 传统Yule-Walker法建模
2.3.3 基于自适应Kalman滤波的AR模型建模
2.4 基于鲁棒Kalman滤波的陀螺随机噪声ARMA模型建模方法研究
2.4.1 VG951光纤陀螺随机噪声数据的预处理
2.4.2 基于鲁棒Kalman滤波的ARMA模型建模
2.5 陀螺随机噪声的MA建模方法研究
2.5.1 某国产MEMS陀螺随机噪声数据的预处理
2.5.2 基于Gevers-Wouters法的陀螺随机噪声MA建模方法
2.5.3 基于新息递推估计法的陀螺随机噪声MA建模方法
2.5.4 y轴和z轴陀螺仪随机噪声的MA建模结果对比
2.6 本章小结
第三章 圆锥姿态算法的数学分析和完善研究
3.1 引言
3.2 经典3子样圆锥算法的流程分析
3.2.1 旋转矢量求解的连续形式
3.2.2 经典圆锥运动模型
3.2.3 经典圆锥算法的流程分析
3.3 经典3子样圆锥算法假设的完善证明
3.4 经典圆锥算法的深入分析
3.4.1 完备的3子样经典圆锥算法通式
3.4.2 简化3子样经典圆锥算法
3.4.3 仿真验证
3.5 本章小结
第四章 圆锥运动环境下二阶高精度旋转矢量姿态算法研究
4.1 引言
4.2 二阶角增量圆锥优化算法
4.2.1 传统角增量圆锥算法误差分析
4.2.2 二阶3子样角增量圆锥优化算法
4.2.3 角增量圆锥算法误差分析
4.2.4 三种角增量圆锥算法的时间开销研究
4.3 角增量圆锥算法仿真验证
4.4 二阶角速率圆锥优化算法
4.4.1 传统3子样角速率圆锥算法
4.4.2 二阶3子样角速率圆锥优化算法
4.4.3 角速率圆锥算法误差分析
4.5 角速率圆锥算法仿真验证
4.6 本章小结
第五章 非圆锥环境下二阶高精度旋转矢量姿态算法研究
5.1 引言
5.2 旋转矢量算法的实用性分析
5.3 振动环境下的二阶旋转矢量优化算法
5.4 非振动环境下诸旋转矢量算法的性能分析
5.5 数字仿真和实验验证
5.5.1 振动环境下的仿真验证
5.5.2 非振动环境下的仿真验证
5.5.3 转台实验
5.6 本章小结
第六章 高动态环境下适用于不同传感器输出组合的高精度速度算法研究
6.1 引言
6.2 速度计算中的旋转效应和划桨效应分析
6.3 基于角增量和比力的划桨算法研究
6.3.1 基于角增量和比力的2间隔划桨算法的一般结果
6.3.2 基于角增量和比力的2间隔划桨优化算法
6.3.3 基于角增量和比力的划桨优化算法通式
6.4 基于角速率和速度增量的划桨优化算法研究
6.4.1 基于角速率和速度增量的划桨算法的一般结果
6.4.2 基于角速率和速度增量的划桨优化算法通式
6.5 仿真验证
6.6 跑车实验
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文的主要工作与创新
7.1.1 论文的主要工作与研究内容
7.1.2 论文的创新性工作总结
7.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于角速率和速度增量的捷联惯导划桨效应优化算法[J]. 徐梓峰,卢艳娥,庞春雷. 弹箭与制导学报. 2013(06)
[2]基于6类噪声项拟合模型的光纤陀螺噪声特性分析方法[J]. 李京书,许江宁,查峰,何泓洋. 兵工学报. 2013(07)
[3]光纤陀螺随机漂移建模及其在惯导误差方程中的应用[J]. 郭铃,吴训忠,金毅. 光学技术. 2013(04)
[4]稳定跟踪平台陀螺噪声及滤波去噪方法[J]. 刘少轩,马琰,吴旭光,张勇辉. 工业仪表与自动化装置. 2013(03)
[5]MEMS陀螺随机误差的实验测试分析[J]. 张宇辛,卞鸿巍,朱涛. 舰船电子工程. 2013(05)
[6]基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法[J]. 芦佳振,李婕,张春熹,严峰. 宇航学报. 2013(04)
[7]插秧机微机械陀螺随机误差分析及建模[J]. 刘晓光,胡静涛,白晓平,李逃昌,高雷. 中国惯性技术学报. 2013(02)
[8]4He量子干涉仪陀螺的数学模型（英文）[J]. 郑睿,赵伟,刘建业,谢征,冯铭瑜. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2012(04)
[9]超流体量子干涉陀螺仪的热噪声分析[J]. 郑睿,赵伟,刘建业,谢征. 中国惯性技术学报. 2012(06)
[10]超流体物质波干涉陀螺仪的噪声研究[J]. 赵伟,郑睿,刘建业,谢征. 航空学报. 2013(04)
博士论文
[1]光纤捷联航姿系统信号处理与姿态算法研究[D]. 祝燕华.南京航空航天大学 2008
本文编号：3269560
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3269560.html
