陆用捷联惯导系统动基座初始对准技术研究

作     者：崔茗帅 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾建辉

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：初始对准 动基座 圆锥误差补偿 大失准角 逆向导航 

摘      要：由于陆用捷联惯导系统具有非常好的连续性、隐蔽性,目前在许多方面都有应用。捷联惯性导航系统正式开始工作必须已知载体的姿态信息,所以需要进行初始对准,初始对准的精度是能否精确导航的关键。如何在载体行进的过程中进行初始对准成为了研究的重点,而研究怎样使行进过程中初始对准兼具准确性和快速性具有重要的意义。本文主要研究了以下几个方面的内容:首先,在传统圆锥误差补偿算法的基础上对其进行优化,创新出一种改进的补偿方法。传统的算法存在增加每个补偿周期的子样数会使姿态更新频率降低的问题,本文从选取子样的方式入手,重复选取前几周期的子样来对当前周期进行圆锥误差补偿,通过这种选取子样的方式可以使姿态更新的频率与采样频率保持一致,经过仿真实验验证也证实了这一结论。其次,研究了捷联惯性导航系统在动基座下的粗对准技术。在里程计的辅助下,进行了惯性系粗对准算法研究,惯性系粗对准算法将姿态矩阵的求解转化为其他三个矩阵的求解,转化后的矩阵都是以惯性系作为参考坐标系。此外,针对双矢量定姿算法在进行定姿解算时对数据信息利用不充分的问题,提出了多矢量定姿算法。多矢量定姿算法对多个时刻的数据信息加以利用,有利于姿态的解算。将定姿算法运用到粗对准过程中,进行仿真实验对比两种方法的对准效果,实验结果表明多矢量算法的稳定性和准确度均高于传统方法。再次,研究了捷联惯性导航系统在动基座下的精对准技术。建立小失准角情况下线性卡尔曼滤波算法的滤波模型,在小失准角情况进行初始对准。建立大失准角下的误差模型,并研究非线性卡尔曼滤波算法在大失准角情况下的对准效果,对比了无迹卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波两种算法在初始失准角为大失准角下的对准效果,实验结果表明无迹卡尔曼滤波算法解决大失准角情况下的初始对准更有优势。此外,还对逆向导航算法进行了研究,仿真结果表明,将逆向导航算法应用在对准过程中可以提高初始对准效果。最后,为了验证上述算法在捷联惯性导航系统中的整体对准效果,本文还设计了车载实验,将捷联惯性导航系统安装在车辆上,利用GPS提供载车的纵向速度,在实际环境中检验算法的效果。车载实验的结果表明,本文设计的算法在实际的初始对准中能够达到理想的对准效果。