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捷联惯导系统动基座和大失准角初始对准的研究

作　者: 赵岩良
导　师: 吴俊伟；刘少滨
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制工程
关键词: 捷联惯导系统初始对准误差模型卡尔曼滤波仿真
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

捷联惯导系统是一种先进的惯性导航系统,它将陀螺仪和加速度计直接与载体固连从而取代了传统的平台式惯导系统并具有体积重量小、易安装和维修等一系列优点,是近年来惯导系统的主要研究方向。初始对准技术对捷联惯导系统的工作性能有着直接的影响,初始对准误差是捷联惯导系统主要误差源之一,因此,初始对准的研究显得尤为重要。对准精度和对准的时间是惯导系统进行初始对准时的两项重要技术指标。初始对准精度影响惯导系统的性能,初始对准时间标志着快速反应能力,因此,要求初始对准精度高、对准时间短,即精而快。为了达到这一要求,陀螺和加速度计必须具有高的精度和稳定性,系统的鲁棒性要好,对外界的干扰不敏感。初始对准是惯导系统最重要的关键技术之一,近年来成为国内外学者研究的热点。目前,卡尔曼滤波方法在捷联惯导系统的研究中应用最为广泛,也是最成熟的方法。它通过建立初始对准的状态空间模型,得到卡尔曼滤波算法的状态方程和观测方程,通过设置卡尔曼滤波器的初始值,利用卡尔曼滤波算法将失准角估计出来并用来校正姿态矩阵。捷联惯导系统动基座初始对准的研究应用领域更为广泛。在现代战争中,缩短武器系统的反应时间和提高打击精度是非常重要的,因此,动基座传递对准成为近年来研究的重点课题之一。在动基座初始对准的研究中,本文针对动基座传递对准,分析了速度误差模型、姿态误差模型和惯性元件误差模型,对于不同的参数匹配法,建立了相应的状态方程和观测方程,从而利用卡尔曼滤波估计不同参数匹配法对失准角的影响,仿真相应的曲线图并加以比较得出结论。在大失准角初始对准的研究中,本文推导了基于加性四元数的捷联惯导系统姿态误差方程和速度误差方程,介绍了扩展卡尔曼滤波法和无迹卡尔曼滤波法,并建立滤波模型,分别利用不同的滤波方法对其进行仿真从而比较两种方法对仿真结果的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 捷联惯导系统初始对准技术  11-12
  1.2 捷联惯导系统初始对准的特点和要求  12-13
    1.2.1 捷联惯导系统初始对准的特点  12-13
    1.2.2 捷联惯导系统初始对准的要求  13
  1.3 国内外研究现状  13-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-16
第2章捷联惯性导航系统  16-22
  2.1 捷联惯导系统原理  16
  2.2 捷联惯导系统常用坐标系  16-17
  2.3 参数与变量  17
  2.4 坐标系之间的转换  17-19
  2.5 惯性导航系统的基本方程  19-20
  2.6 捷联惯导系统的主要误差源  20-21
  2.7 本章小结  21-22
第3章捷联惯导系统动基座传递对准误差模型  22-32
  3.1 引言  22
  3.2 初始对准的原理  22-23
  3.3 子惯导与主惯导之间的误差模型  23-29
    3.3.1 速度误差模型  25-26
    3.3.2 姿态角误差模型  26-27
    3.3.3 惯性元器件误差模型  27-28
    3.3.4 捷联惯导系统状态空间误差模型  28-29
  3.4 卡尔曼滤波原理及其算法  29-31
    3.4.1 卡尔曼滤波原理  29-30
    3.4.2 卡尔曼滤波算法  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章动基座传递对准滤波器设计及其仿真  32-50
  4.1 引言  32
  4.2 速度匹配传递对准  32-36
    4.2.1 卡尔曼滤波器设计  32-33
    4.2.2 仿真  33-36
  4.3 姿态匹配传递对准  36-42
    4.3.1 卡尔曼滤波器设计  36-40
    4.3.2 仿真  40-42
  4.4 速度加姿态匹配传递对准  42-45
    4.4.1 卡尔曼滤波器设计  42-43
    4.4.2 仿真  43-45
  4.5 速度加角速度匹配传递对准  45-49
    4.5.1 卡尔曼滤波器设计  46-47
    4.5.2 仿真  47-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章捷联惯导系统大失准角初始对准  50-62
  5.1 引言  50
  5.2 四元数  50-51
  5.3 大失准角初始对准误差模型  51-53
    5.3.1 四元数姿态误差模型  51-52
    5.3.2 四元数速度误差模型  52-53
  5.4 扩展卡尔曼滤波方法  53-54
  5.5 无迹卡尔曼滤波方法  54-56
    5.5.1 Unscented变换原理  55
    5.5.2 UKF滤波算法  55-56
  5.6 大失准角初始对准仿真  56-61
    5.6.1 仿真方案  56-57
    5.6.2 仿真结果  57-61
  5.7 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  67-68
致谢  68

捷联惯导系统动基座和大失准角初始对准的研究

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