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机载捷联子惯导系统动基座对准技术研究

作　者: 赵宾
导　师: 刘建业；曾庆化
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 制导与控制
关键词: 捷联惯导系统动基座对准 H_∞滤波比力强跟踪滤波精度评估
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

动基座对准技术作为机载捷联子惯导系统的一项关键技术受到研究人员的高度关注。动基座对准技术主要有利用主惯导信息的传递对准和利用导航卫星信息的GPS/INS组合导航系统对准。本文主要针对上述两种动基座对准匹配方案以及对准滤波算法进行研究。论文研究了传递对准基本原理,分析验证了基于常规卡尔曼滤波的“速度匹配”方案的不足,并从滤波方法和新型快速传递对准方案两方面进行研究改进。文中研究的基于H_∞滤波的“速度匹配”传递对准仿真结果表明: H_∞滤波技术的应用极大地提高了传递对准的快速性,具有较大的工程应用参考价值。深入研究了一种“比力积分匹配”传递对准方案,该方法利用主、子惯导系统的比力差积分量作为观测量,实时估计并补偿子惯导平台误差角。分析研究了惯性器件精度对传递对准性能的影响,并针对机载武器系统进行了地面起飞准备阶段的传递对准性能仿真验证。本方案在传递对准研究中,具有重要的理论研究意义与工程应用价值。研究了GPS/INS组合导航系统对准技术。针对卡尔曼滤波对突变状态的跟踪性能较差的问题,论文研究了基于卡尔曼的强跟踪滤波算法及其在GPS/INS对准中的应用。仿真研究的结果表明,应用了基于卡尔曼强跟踪滤波算法的GPS/INS组合导航系统动基座对准适用范围广,可保证对准的快速性和高精度,具有重要的工程应用参考价值。对基于H_∞滤波的GPS/INS组合导航系统动基座对准研究发现,剧烈的机动过程将导致H_∞滤波丧失对突变的跟踪能力。针对该问题,本文提出一种新的基于H_∞的强跟踪滤波算法,仿真验证结果表明,采用基于H_∞的强跟踪滤波可以较好地提高动基座对准的平稳性和精度。最后,本文采用DGPS作为高精度参考系统,研究机载捷联子惯导系统对准精度的评估方案。分别研究了机载捷联子惯导动基座对准精度评估的卡尔曼滤波算法和固定区间平滑算法,并对基于DGPS的动基座对准精度评估方案进行仿真研究,验证了该评估方案的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
图表清单  9-11
注释表  11-12
第一章绪论  12-18
  1.1 捷联惯性导航及初始对准技术概述  12-13
  1.2 国内外发展现状  13-15
  1.3 课题研究背景和意义  15-16
  1.4 论文研究内容  16-18
第二章速度匹配传递对准理论及H_∞滤波方法研究  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 传递对准基本原理  18-19
  2.3 捷联惯导系统误差模型  19-22
    2.3.1 失准角误差方程  20-21
    2.3.2 速度误差方程  21
    2.3.3 位置误差方程  21-22
    2.3.4 惯性仪表误差  22
  2.4 杆臂效应误差补偿及速度匹配观测方程  22-24
  2.5 速度匹配传递对准卡尔曼滤波模型  24-25
  2.6 卡尔曼滤波速度匹配传递对准仿真分析  25-27
  2.7 H_∞滤波理论研究与分析  27-30
    2.7.1 H_∞最优估计理论  27-28
    2.7.2 离散H_∞滤波器的构建  28-29
    2.7.3 速度匹配传递对准的H_∞滤波器设计  29-30
  2.8 H_∞滤波速度匹配传递对准仿真研究  30-31
  2.9 本章小结  31-32
第三章基于比力积分匹配的快速传递对准理论与方法研究  32-47
  3.1 引言  32
  3.2 快速传递对准方案分析  32-33
  3.3 比力积分匹配传递对准误差模型研究  33-36
    3.3.1 主、子惯导比力误差数学模型  33
    3.3.2 主、子惯导平台误差角数学模型  33-34
    3.3.3 安装挠曲变形角数学模型  34
    3.3.4 主、子惯导惯性器件误差数学模型  34-35
    3.3.5 传递对准量测方程数学模型的建立  35
    3.3.6 比力积分匹配传递对准卡尔曼滤波方程  35-36
  3.4 器件精度对传递对准性能影响验证分析  36-45
    3.4.1 基于图形用户界面GUI 的传递对准仿真系统的用户界面设计  36-40
    3.4.2 数字仿真验证方案设计  40
    3.4.3 陀螺仪精度对传递对准精度影响验证分析  40-43
    3.4.4 加速度计精度对传递对准精度影响验证分析  43-45
  3.5 低速条件下的对准性能仿真验证  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章基于强跟踪滤波的GPS/INS 组合导航系统对准技术研究  47-60
  4.1 引言  47
  4.2 GPS/INS 组合导航系统动基座对准误差方程分析  47-49
    4.2.1 GPS/INS 组合导航系统对准卡尔曼滤波误差方程  48
    4.2.2 GPS/INS 组合导航系统对准H_∞滤波误差方程  48
    4.2.3 常规卡尔曼滤波和H_∞滤波方程分析  48-49
  4.3 基于卡尔曼的强跟踪滤波方案设计及研究  49-56
    4.3.1 基于卡尔曼的强跟踪滤波算法  49-50
    4.3.2 基于卡尔曼的强跟踪滤波在GPS/INS 对准中的仿真分析  50-52
    4.3.3 惯性器件精度对基于卡尔曼的强跟踪滤波GPS/INS 对准性能的影响研究  52-56
  4.4 基于H_∞的强跟踪滤波方案设计及研究  56-59
    4.4.1 基于H_∞的强跟踪滤波算法  56-57
    4.4.2 基于H_∞的强跟踪滤波 GPS/INS 对准仿真分析  57-58
    4.4.3 惯性器件精度对基于H_∞的强跟踪滤波GPS/INS 对准性能的影响研究  58-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章基于差分GPS 的动基座对准精度评估技术研究  60-67
  5.1 引言  60
  5.2 动基座对准精度评估方案设计  60-61
  5.3 评估系统误差模型研究  61-62
  5.4 动基座对准精度评估基本算法研究  62-63
  5.5 动基座对准精度评估仿真分析  63-66
  5.6 本章小结  66-67
第六章全文总结与展望  67-69
  6.1 论文所做的主要工作  67-68
  6.2 后续研究工作展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
在学期间的研究成果及学术论文  74

机载捷联子惯导系统动基座对准技术研究

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