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基于MEMS的捷联惯导系统组合对准技术研究
| 论文题名： | 基于MEMS的捷联惯导系统组合对准技术研究 |
| 关键词： | 微机电系统;组合对准技术;大方位失准角;扩展卡尔曼滤波;捷联惯导系统 |
| 摘要： | 为了提高基于MEMS的捷联惯导系统初始对准精度,与此同时尽可能地缩短对准时间,本文提出了一种MEMS/GPS/磁强计组合对准方法。 文章首先从原理、特点与结构的角度介绍了系统各组成部分,并讨论了基于MEMS的捷联惯导/GPS组合的优势,选取MEMS捷联惯导系统/GPS的速度组合方式,采用间接法滤波和反馈校正方法,为后文深入研究MEMS/GPS/磁强计组合对准方法做铺垫。 针对MEMS陀螺精度较低,无法利用它进行解析式粗对准的问题,在粗对准阶段利用MEMS加速度计测量载体的纵摇和横摇角,而由磁强计输出航向角。由于在粗对准阶段,航向角完全由磁强计给出,磁强计极易受外磁场干扰,所得的方位误差角较大,为建立相对准确的误差模型,论文第3章详细推导了方位误差角为大失准角情况下惯导系统的误差方程。在精对准阶段,应用扩展卡尔曼滤波技术对组合系统各导航参数的误差量进行估计。 为检验MEMS/GPS/磁强计组合对准的效果,设计了Matlab仿真实验。由于组合对准是在动基座条件下进行的,仿真阶段设计了航迹模拟器,模拟飞机运行的各个状态。为验证MEMS/GPS/磁强计组合对准在对准精度和对准时间上的优势,设计了MEMS/磁强计组合与MEMS/GPS/磁强计组合对准的对比仿真实验,实验结果表明:MEMS/GPS/磁强计组合对准方法可以提高对准精度,同时缩短了对准时间。此外,还进行了组合系统的实用性仿真分析,通过分析组合系统的速度、位置误差以及陀螺和加速度计误差估计曲线,预测了系统不能应用于长时间导航情况。 论文应用PWCS可观测性分析方法对组合系统的可观测性进行了分析,得出结论:组合系统为不完全可观测系统,且不可观测的状态有3个。通过动基座对准情况下,系统状态的可观测度仿真分析可知:系统不可观测的状态是北向陀螺漂移、东向和天向加速度计误差。天向速度误差、东向和北向位置误差以及北向和天向姿态误差的可观测度接近1,可观测度很高。其余状态的可观测度较低。载体运动状态发生改变时,同一状态的可观测度也随之改变。 论文最后应用MTi-G系统对组合对准算法进行了车载试验。得出结论:应用本文所述的组合对准算法,水平对准时间远小于航向对准时间,对准精度也相对较高。 |
| 作者： | 张斯明 |
| 专业： | 测试计量技术及仪器 |
| 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 |
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