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光纤陀螺捷联惯导系统误差评估与分配方法研究

作　者: 孟克子
导　师: 林玉荣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 捷联惯导系统惯性器件误差初始对准误差误差评估误差分配
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

捷联惯性导航系统中，初始对准误差、惯性器件误差和算法误差会随着导航解算进行传播导致最终的导航参数中含有误差。误差评估和误差分配是保证导航精度的必须要求。二者也构成了本文所研究的主要问题。首先，基于捷联惯导基本方程推导了捷联惯导误差模型并对其进行了线性化；进一步分析了惯性器件主要是光纤陀螺仪的误差，研究了适于分析惯性器件量化误差的状态空间方法。其次，对静基座条件下捷联惯导系统误差进行了分析，给出了惯性器件确定性误差引起的导航参数误差的求解方法，概括总结了各误差源引起的导航参数误差的类型；进一步在对捷联惯导误差模型简化的基础上，建立了导航参数误差协方差方程，设计了协方差方程的求解方法，推导了惯性器件随机性误差引起的导航参数误差的3σ包络线的解析形式，并进行了仿真验证；另外，分析了初始对准误差对导航精度的影响。再次，为了研究动态条件下捷联惯导误差的需要，建立了误差评估仿真测试平台，设计了服务于测试平台惯性器件误差模块(以提供惯性器件误差数据)和轨迹发生器(以提供载体的运动信息)，研究了动态条件下捷联惯导误差传播特性，定量分析了惯性器件误差和初始对准误差对导航精度的影响程度；同时，对高动态环境下捷联惯导算法误差进行了研究。最后，在误差评估的基础上，研究了SINS误差分配的两种原则：平均分配原则和比例分配原则。以两种原则为指导，给出了SINS误差分配的过程及样例，通过仿真验证了分配结果满足精度指标要求，并对比分析了两种分配原则的优缺点，进一步给出了总结性的指导意见；研究了动态条件下捷联惯导误差分配方法并探讨了捷联惯导误差分配的总体思路。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国内研究现状  11
    1.2.2 国外研究现状  11-12
  1.3 论文的主要内容和结构编排  12-14
第2章捷联惯导系统误差模型及误差源  14-27
  2.1 引言  14
  2.2 相关坐标系的定义及变换  14-16
    2.2.1 相关坐标系的定义  14-15
    2.2.2 坐标系变换工具及其关系  15-16
    2.2.3 坐标系变换  16
  2.3 捷联惯导系统基本原理  16-18
    2.3.1 系统工作原理  16-17
    2.3.2 基本方程  17-18
  2.4 捷联惯导系统误差模型推导及线性化  18-23
    2.4.1 姿态误差微分方程  18-19
    2.4.2 速度误差微分方程  19-20
    2.4.3 位置误差微分方程  20-21
    2.4.4 捷联惯导系统误差模型的线性化  21-23
  2.5 惯性器件误差源分析  23-26
    2.5.1 惯性器件误差模型  23-24
    2.5.2 惯性器件误差描述  24-25
    2.5.3 适于分析量化误差的状态空间模型  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章静基座条件下捷联惯导系统误差评估  27-46
  3.1 引言  27
  3.2 静基座条件下捷联惯导系统误差模型  27
  3.3 惯性器件确定性误差引起的导航参数误差  27-30
    3.3.1 导航参数误差求解  28
    3.3.2 仿真分析  28-30
  3.4 惯性器件随机性误差引起的导航参数误差解析评估  30-41
    3.4.1 导航参数误差协方差方程的建立  30-31
    3.4.2 导航参数误差协方差方程求解方法设计  31-32
    3.4.3 白噪声引起的导航参数误差的包络解析解  32-34
    3.4.4 随机游走引起的导航参数误差的包络解析解  34-36
    3.4.5 一阶马尔柯夫过程引起的导航参数误差的包络解析解  36-38
    3.4.6 仿真验证  38-41
  3.5 初始对准误差引起的导航参数误差解析评估  41-45
    3.5.1 导航参数误差包络解析解  41-43
    3.5.2 仿真验证  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章动态条件下捷联惯导系统误差评估  46-72
  4.1 引言  46
  4.2 捷联惯导误差评估仿真测试平台  46-55
    4.2.1 捷联惯导误差评估仿真测试平台的建立  46-48
    4.2.2 惯性器件误差模块设计  48-51
    4.2.3 轨迹发生器设计  51-55
  4.3 动态条件下导航参数误差评估  55-60
    4.3.1 典型飞行轨迹下误差传播特性测试  55-56
    4.3.2 载体东向匀速飞行时的误差传播特性  56-58
    4.3.3 各误差源引起的导航参数误差比重分析  58-60
  4.4 高动态环境下捷联算法误差分析  60-71
    4.4.1 姿态算法误差  60-64
    4.4.2 速度算法误差  64-67
    4.4.3 位置算法误差  67-71
  4.5 本章小结  71-72
第5章捷联惯导误差分配方法研究  72-82
  5.1 引言  72
  5.2 误差分配准备知识  72-75
    5.2.1 CEP 值  72-73
    5.2.2 误差分配理论公式  73
    5.2.3 静基座条件下捷联惯导导航参数误差  73-75
  5.3 基于平均分配原则的误差分配  75-77
    5.3.1 分配方法及样例  75
    5.3.2 仿真验证  75-77
  5.4 基于比例分配原则的误差分配  77-79
    5.4.1 分配方法及分配样例  77
    5.4.2 仿真验证  77-79
  5.5 动态条件下捷联惯导误差分配研究  79-81
  5.6 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-87
附录  87-89
攻读硕士学位期间发表的学术论文  89-91
致谢  91

光纤陀螺捷联惯导系统误差评估与分配方法研究

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