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协同导航网络下微惯性导航系统研究
| 论文题名： | 协同导航网络下微惯性导航系统研究 |
| 关键词： | 无人艇;协同导航网络;微惯性导航系统;航姿测量算法 |
| 摘要： | 考虑到MEMS惯性器件组成的航姿测量系统具有体积小、功耗低等诸多优点以及无人艇的协同导航技术具有的广阔应用前景，本文结合实验室在研的无人艇协同导航系统项目，开展基于MEMS惯性器件MIMU与磁强计组合的系统航姿测量算法的研究。 由于MEMS惯性器件的精度直接影响着姿态测量的精度，论文首先展开对MEMS惯性器件的误差分析与补偿的研究。根据MEMS器件的误差方程，针对MEMS的随机误差，通过采用时间序列法分析法，以MEMS陀螺仪实测漂移误差为例进行分析，并运用ARMA(2，1)模型对其进行误差补偿;针对MEMS惯性器件的确定性误差则采用分离标定法分别对MEMS陀螺仪和MEMS加速度计进行实验标定。从而为后续进行姿态解算算法奠定基础。 基于MEMS惯性器件的航姿测量系统尚不具备独立完成实时稳定的姿态测量任务，本文选用磁强计作为辅助传感器与MIMU形成组合航姿测量系统。根据对磁强计系统误差的分析，针对磁强计在磁航向测量中主要受到磁罗差误差的影响，文中采用基于椭圆假设的罗差补偿方法进行研究。并通过实测试验完成数据的误差补偿同时验证了补偿效果。 基于MIMU/磁强计的组合航姿测量系统的总体设计，对组合导航系统的姿态更新算法进行了研究。在综合考虑了采用的MEMS陀螺仪型号以及实际舰船航行环境的基础上，文中对常用的姿态解算算法进行了理论分析和仿真实验，并最终确定基于四元数法的四阶龙格-库塔法作为组合导航的姿态更新算法。 本文采用MEMS加速度计和磁强计的量测值完成组合系统的初始对准。在这基础上推导建立了系统卡尔曼滤波方程来进行数据信息融合，并使用MATLAB软件仿真验证算法的有效性。最后部分针对协同导航网络下跟随成员艇的航向角误差在线补偿问题展开了研究，给出了本文的修正方法并通过跑车实验模拟实际情况来验证算法的可行性。 通过本文对微惯性器件与磁强计组合的航姿测量系统的研究，将此航姿测量系统应用到无人艇协同网络下的跟随成员小艇上，并作为跟随成员小艇的导航系统设备。希冀此研究成果能逐渐从理论走向实践，并最终应用于无人艇的协同作战领域中。 |
| 作者： | 林晋豫 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 周卫东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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