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激光陀螺捷联惯性导航系统算法研究
| 论文题名： | 激光陀螺捷联惯性导航系统算法研究 |
| 关键词： | 激光陀螺;捷联惯性导航系统;姿态更新;旋转矢量;涡卷效应;精对准状态空间模型;滤波补偿;结构设计 |
| 摘要： | 随着国内激光陀螺技术的成熟,激光陀螺捷联惯导系统的研究与应用已在不断的深入。鉴于国内航空、航天,航海等领域对高精度自主式导航系统的大量需求,以及激光陀螺捷联惯导系统在动态环境下部分技术研究存在不足,本文围绕激光陀螺随机误差特性的分析、建模与补偿、激光陀螺捷联惯性导航系统的初始对准技术、高动态环境下的导航解算算法及其各子系统的软件开发等方面作了较为细致的研究和设计工作。 (1)针对采集的激光陀螺数据存在野值和其他干扰情况,提出激光陀螺随机误差信号分析、建模与补偿方案。采用小波分析信息融合法完成了原始数据的分析、重构和预处理;利用动态数据系统法(Dynamic Data System,DDS)建立了适合的自回归滑动平均(Auto-Regressive and Moving Average,ARMA)模型,通过其系数建立系统状态空间模型,由卡尔曼滤波法进行实测数据的滤波补偿;最后,通过Allan方差法对滤波补偿前后数据进行随机误差的辨识与分析。结果表明,激光陀螺数据的建模滤波补偿效果较为明显,该方案能够有效的降低随机误差源的干扰,提高数据精度。 (2)针对传统解析式粗对准在基座晃动剧烈情况下无法给出较为合理的失准角问题,本文采用一种基于惯性系凝固的粗对准方法完成了动基座粗对准,在此基础上,建立了系统的精对准状态空间模型,对基于惯性系下的精对准进行了深入的研究。仿真结果表明,该方案能够满足机载捷联惯导系统的初始对准方位精度的要求。 (3)通过对比传统姿态更新算法与旋转矢量算法的优缺点,在考虑高动态环境的影响下,对旋转矢量的三子样算法及其优化算法进行了深入分析;在速度更新算法中考虑了划船效应和旋转效应的影响,对划船效应的三子样算法及其优化进行了研究;在位置更新算法中考虑了涡卷效应的影响,对涡卷效应的三子样补偿算法进行了推导。最后分别对各导航解算更新算法进行了仿真对比与分析。仿真结果表明,在高动态环境下,圆锥运动、划船运动和涡卷运动对导航精度影响严重,多子样的补偿算法及其优化补偿算法改善了机体在恶劣航行条件下所产生的干扰误差。 (4)激光陀螺捷联惯导系统软件设计。基于前述研究成果,对整个系统算法软件实现的体系结构和流程进行了设计,并利用简单、通用的C＃语言完成了程序编写。运行结果与算法仿真结果一致,能够为实测数据分析和算法验证提供方便。 本文针对机载激光陀螺捷联惯导系统实现中较为关键的技术问题进行了深入的研究,数据处理方案、仿真结果和软件运行结果正确,以期为激光陀螺捷联惯导系统的工程实现起到一定的参考作用。 |
| 作者： | 陈帅 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 丁继成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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