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捷联惯导算法研究及系统仿真

作　者: 付军
导　师: 王茂
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 捷联惯导系统圆锥误差划船误差涡卷误差数字仿真
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 709次
引　用: 5次
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内容摘要

捷联式惯性导航系统是近年来惯性技术的一个发展方向。由于捷联系统一系列的优点,捷联系统取代平台系统,已成为新世纪惯性技术发展的一种大趋势。要提高捷联系统精度,一方面是设计和制造出高精度的惯性器件,但由于受材料和工艺的限制而较难以实现;另一方面就是设计和采用高精度的捷联算法,因而研究一种适用于捷联系统的高精度算法就成为急需解决的课题。本文首先给出了捷联式惯性导航的基本原理及几种常用的姿态算法,接下来着重对以下几个问题进行了研究:1.研究了捷联惯导系统圆锥误差的产生机理,讨论了典型锥运动条件下等效旋转矢量算法及其衍生的一系列修正算法和优化算法,作了精度分析和数字仿真,并提出了一种改进的旋转矢量优化算法。2.研究了速度更新计算中划船误差的产生机理,详细推导了划船补偿算法,并在划船运动条件下推导了划船补偿优化算法,最后对各阶算法进行了仿真分析,仿真结果表明:对处在高动态环境下的高精度导航系统,划船补偿不可忽略。并在此基础上,对位置计算中的涡卷误差进行了研究。3.研究了陀螺仪和加速度计的数学模型,导航解算的算法、飞行轨迹数据生成算法。然后利用MATLAB/Simulink开发出飞行轨迹数据生成系统、捷联惯导仿真系统。仿真系统综合了惯性器件仿真和捷联惯性导航系统仿真。实验中采用了改进的旋转矢量优化算法,实验结果显示仿真系统工作稳定可靠,仿真结果达到预期效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题的目的和意义  10-11
  1.2 国内外捷联导航算法的研究现状  11-13
  1.3 系统仿真技术概述  13
  1.4 论文的主要内容  13-15
第2章捷联惯导系统的基本理论  15-25
  2.1 坐标系定义  15-16
  2.2 捷联式惯导系统的基本原理  16-17
  2.3 捷联惯导系统姿态算法简介  17-24
    2.3.1 欧拉角法  17-19
    2.3.2 方向余弦法  19-20
    2.3.3 四元数法  20-22
    2.3.4 等效旋转矢量法  22-24
    2.3.5 算法比较  24
  2.4 本章小结  24-25
第3章捷联惯导系统的姿态算法  25-47
  3.1 捷联惯导系统中的圆锥误差分析  25-30
    3.1.1 不可交换性误差  25-26
    3.1.2 典型圆锥运动描述  26-28
    3.1.3 圆锥误差产生机理分析  28-30
  3.2 传统等效旋转矢量算法  30-34
    3.2.1 等效旋转矢量的单回路算法  31-33
    3.2.2 等效旋转矢量的双回路算法  33-34
  3.3 典型锥运动下旋转矢量优化算法  34-39
    3.3.1 等效旋转矢量的多子样算法  35-37
    3.3.2 利用前一周期角增量的修正算法  37-38
    3.3.3 等效旋转矢量的双回路算法  38-39
  3.4 一种改进的旋转矢量优化算法  39-42
  3.5 算法仿真  42-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章捷联惯导系统的速度算法和位置算法  47-63
  4.1 捷联惯导速度更新算法  47-56
    4.1.1 速度计算中划船误差分析  47-50
    4.1.2 划船运动条件下的优化算法  50-53
    4.1.3 高精度速度误差补偿算法  53-54
    4.1.4 算法比较  54-56
  4.2 捷联惯导位置更新算法  56-62
    4.2.1 位置更新算法  56-57
    4.2.2 涡卷补偿算法  57-58
    4.2.3 涡卷补偿优化算法  58-60
    4.2.4 仿真分析  60-62
  4.3 本章小结  62-63
第5章捷联惯导系统的仿真  63-80
  5.1 飞行器轨迹发生器的数学模型  63-66
    5.1.1 飞行姿态数据生成算法  64
    5.1.2 航迹数据生成算法  64-66
  5.2 惯性器件的数学模型  66-69
    5.2.1 陀螺仪仿真器的数学模型  66-67
    5.2.2 加速度计仿真器的数学模型  67-69
  5.3 SINS解算  69-71
  5.4 捷联惯导系统的Matlab/Simulink仿真  71-77
    5.4.1 仿真系统概述  71-72
    5.4.2 飞行器轨迹发生子系统  72-74
    5.4.3 陀螺仪仿真器子系统  74-75
    5.4.4 加速度计仿真器子系统  75-76
    5.4.5 SINS解算子系统  76-77
  5.5 系统仿真结果  77-78
  5.6 本章小结  78-80
结论  80-81
参考文献  81-84
攻读学位期间发表的学术论文  84-86
致谢  86

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