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星载光纤陀螺随机漂移建模及滤波方法研究

作　者: 许海玉
导　师: 林晓辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 光纤陀螺时间序列分析法 Allan方差小波滤波
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

传统的机械陀螺和激光陀螺捷联惯导系统具有体积大,重量大,可靠性低等缺点,而光纤陀螺捷联惯导系统正好弥补了上述不足,广泛的应用在了卫星导航系统上,而影响系统导航精度的主要因素之一是随时间积累而积累的光纤陀螺漂移。为了提高卫星姿态确定精度,本文对光纤陀螺噪声源进行了分析,并对光纤陀螺随机漂移数据进行了统计检验,这些统计检验包括平稳性检验、周期性检验、正态检验,并对数据进行预处理,采用时间序列分析法建立了自回归模型和自回归滑动平均模型,对光纤陀螺随机漂移进行了kalman滤波。此外,小波分析是一种具有多分辨分析能力的时频分析方法,适合对非平稳信号进行分析。小波分析也是用来分析光纤陀螺随机漂移的常用方法。本文研究了小波理论并对光纤陀螺随机漂移进行了小波分析。并用Allan方差法评定了两种滤波效果,Allan方差法评的结果表明,采用小波滤波省去了对光纤陀螺随机漂移数据的统计检验的工作,不用建立时间序列模型,仿真结果表明小波滤波能有效地减小光纤陀螺随机漂移,并且滤波效果优于kalman滤波。针对对地定向三轴稳定卫星,采用四元数法,基于扩展kalman滤波理论,设计了“光纤陀螺+星敏感器”模式的姿态确定系统,仿真结果表明光纤陀螺随机漂移的减小有利于卫星姿态估计精度的提高,进一步肯定了光纤陀螺随机漂移的滤波对提高系统精度的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究的背景和意义  9
  1.2 光纤陀螺概述  9-14
    1.2.1 引言  9-10
    1.2.2 光纤陀螺工作原理  10
    1.2.3 光纤陀螺的分类  10-11
    1.2.4 光纤陀螺的研制现状  11-13
    1.2.5 光纤陀螺在捷联惯导系统中的应用  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
第2章光纤陀螺随机漂移误差分析  15-24
  2.1 Allan 方差分析的基本原理  15-17
  2.2 光纤陀螺的主要性能指标  17-20
  2.3 采用Allan 方差法辨识各随机误差  20-22
  2.4 Allan 方差的噪声系数拟合  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章光纤陀螺随机漂移建模与kalman 滤波分析  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 光纤陀螺漂移数据统计检验  24-30
    3.2.1 平稳性检验  26-27
    3.2.2 周期性检验  27-28
    3.2.3 正态性检验  28-30
    3.2.4 数据处理前后随机误差系数比较  30
  3.3 光纤陀螺随机漂移建模  30-33
    3.3.1 平稳时间序列模型类别  30-31
    3.3.2 模型结构的初步识别  31-33
  3.4 模型参数估计  33-37
    3.4.1 AR 模型参数估计  33-34
    3.4.2 A R MA 模型参数估计  34-37
  3.5 光纤陀螺随机漂移的K al m an 滤波  37-39
  3.6 kalman 滤波效果分析  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第4章小波分析滤波在陀螺信号中的应用  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 小波的数学理论  41-43
    4.2.1 连续小波变换  41-42
    4.2.2 尺度函数  42
    4.2.3 小波框架  42-43
  4.3 多分辨率分析  43-46
    4.3.1 多分辨率分析概念的引入  43-44
    4.3.2 二尺度方程  44-45
    4.3.3 Daubechies 小波  45-46
  4.4 光纤陀螺随机漂移的小波滤波  46-50
    4.4.1 小波分解的快速算法  46-47
    4.4.2 小波重构的快速算法  47
    4.4.3 离散序列的小波变换  47-50
  4.5 小波滤波效果分析  50-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章基于光纤陀螺/星敏感器组合的卫星姿态确定  52-66
  5.1 引言  52
  5.2 卫星姿态运动学与动力学方程  52-56
    5.2.1 常用坐标系  52-53
    5.2.2 卫星姿态欧拉角描述  53
    5.2.3 卫星姿态四元数描述  53-54
    5.2.4 四元数与欧拉角的转换关系  54-55
    5.2.5 运动学与动力学方程  55-56
  5.3 卫星姿态确定算法建模及分析  56-60
    5.3.1 系统状态方程的建立  57-59
    5.3.2 系统量测方程的建立  59-60
    5.3.3 基于E KF 的卫星姿态确定流程  60
  5.4 仿真结果及分析  60-65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-72
致谢  72

星载光纤陀螺随机漂移建模及滤波方法研究

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