详情

原文传递无陀螺捷联惯性装置/星敏感器组合导航方法研究

论文题名：	无陀螺捷联惯性装置/星敏感器组合导航方法研究
关键词：	组合导航;无陀螺捷联惯性装置;星敏感器;姿态信息;误差传播;无迹卡尔曼滤波
摘要：	无陀螺捷联惯性装置/星敏感器组合导航是以无陀螺捷联惯性装置为主,而星敏感器测得的姿态信息为辅,综合利用无陀螺捷联惯性装置与星敏感器来提高载体的导航精度。捷联惯导系统具有数据更新率高的优点,但自身也有着不可忽略的缺点,即由于其是对时间进行两次积分得到的,其位置误差会随时间累积而增大;所以引进星敏感器与其进行组合,虽然它的数据更新率比较低,可它的误差不随时间推移而累积。遂针对精度高,长航时的船用特点,本文将无陀螺捷联惯性装置与星敏感器组合起来,通过用星敏感器观测那些具有已知方位信息的恒星得到的较准确的姿态信息,来弥补惯性基准随时间延续而导致导航误差积累的缺点,将两者进行恰当的组合,尽量施展彼此的优越性能,弥补彼此的弱项,继而形成具有优良性能的组合导航系统。该系统不仅弥补了惯导误差随时间累积的缺点,提高了导航精准度,降低了成本,还增加了舰船的大角度动态范围。展望未来无陀螺捷联惯性装置与星敏感器的组合导航系统将成为主流趋势。　　本论文的创新性研究和主要工作如下: 　　(1)首先分析了无陀螺捷联惯导系统的基本工作原理,提出两种九加速度计的配置方案,并针对本文所用的九加速度计设计方案进行深入的分析。我们在运载体上的各坐标轴上安装三个方向相互垂直的加速度计,且其方向与载体的三维坐标系重合。该设计方案简单在载体上容易安装,通过解得的加速度和角加速度或角速度的平方项,便可求出导航定位所需的全部参数。　　(2)对无陀螺捷联惯性装置与星敏感器的组合模式和误差传播特性进行了分析,研究了姿态解算的方法。　　(3)本文针对无陀螺捷联惯性装置和星敏感器的组合系统,分析了基于信息融合技术的姿态误差组合,然后介绍了对分段线性定常系统进行可观测性分析的理论,从而对本文中所用到的九加速度计设计方案,运用其中的奇异值分解方法,对其进行了可观测度的仿真,并分析系统各状态的可观测度,从而可以有针对性的提升系统的性能。　　(4)对该组合系统的组合模式与工作原理进行了分析,利用无迹卡尔曼滤波进行导航参数的误差估计和反馈矫正,这样就可以更有效地抑制因惯导系统引入的误差累积,也就可以更好地提升了该系统的定位精度。　　最后,对低成本无陀螺捷联惯性装置/星敏感器组合仿真结果进行比较与分析,验证了该系统导航精度可不因时间推移而变得发散,而且该导航方法完全可以胜任那些要求高精度、需长时间航行的导航任务,解决了无陀螺捷联惯性装置与星敏感器结合过程中出现的有关角速度解算方面的问题,为此新型组合导航系统面向工程实践奠定了良好的理论基础。
作者：	祝苗苗
专业：	导航、制导与控制
导师：	孙枫
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