惯性导航系统的初始对准方法及实验研究

摘要

一直以来,惯性导航都以其独特的自主特性成为导航技术领域的重点研究的方向。而初始对准技术则是导航系统完成其工作的重要保证。本文主要是基于飞行器姿态控制实验设备,针对惯性导航系统的初始对准过程的方法以及设备的初始对准实现进行了研究和实验。主要的研究内容分为以下几个方面:
　　首先是建立惯导系统的误差方程并研究对准方法。基于物体运动基本方程,通过选取不同坐标系使各观测量之间进行转换以便于分析,然后根据惯导系统误差的产生机理建立其误差的传播方程并分析。基于误差方程,针对惯导系统对于系统的对准时间和对准精度要求采取相应的对准方法,对于平台式采用双位置法对准法,对于捷联式采用解算姿态矩阵的方法。
　　然后主要是研究了卡尔曼滤波技术在初始对准中的应用。通过卡尔曼滤波技术处理采集得到的数据进而得到更准确的信息应用于姿态矩阵的解算,并通过仿真验证。
　　最后,基于实验中心的飞行器姿态控制实验设备,通过串口进行实时通讯,采用内部定时器完成数据收集,编写初始对准GUI操作界面并完善内部程序对初始对准过程进行仿真实验验证,以验证对准方法是否能够达到对准时间及对准精度的相应要求。

目录

惯性导航系统的初始对准方法及实验研究

INITIAL ALIGNMENT METHODS OF INERTIAL NAVIGATION SYSTEM AND EXPERIMENT

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 惯性技术初始对准的发展概况

1.2.1 初始对准分类

1.2.2 对准方法的发展

1.3 滤波技术在对准中的应用

1.3.1 卡尔曼滤波算法简介

1.3.2 新型滤波算法

1.4 本文研究内容

第2章 惯导系统误差方程分析

2.1 引言

2.2 惯导系统基本原理

2.3 相关坐标系及参数

2.4 惯导系统基本方程

2.4.1 速度方程

2.4.2 角速度方程

2.4.3 位置方程

2.5 初始对准误差分析

2.5.1 误差源概述

2.5.2 误差分析中常用坐标关系分析

2.5.3 姿态误差方程

2.5.4 速度误差方程

2.5.5 位置误差方程

2.5.6 静基座条件下误差方程分析

2.6 本章小结

第3章 惯导系统初始对准方法研究

3.1 引言

3.2 平台式惯导系统的初始对准方法研究

3.2.1 平台式惯导系统基本原理

3.2.2 平台式惯导系统粗对准过程

3.2.3 双位置法精对准

3.3 捷联式惯导系统的初始对准方法研究

3.3.1 捷联惯导系统基本原理

3.3.2 捷联惯导系统初始对准特点

3.3.3 捷联惯导系统解析法粗对准

3.4 本章小结

第4章 卡尔曼滤波在对准中的应用

4.1 引言

4.2 捷联惯导系统滤波法精对准原理

4.3 离散系统的卡尔曼滤波

4.3.1 离散系统的卡尔曼滤波的基本方程

4.3.2 系统的离散化

4.4 捷联惯导系统初始对准的卡尔曼滤波方程建立

4.5 卡尔曼滤波数字仿真

4.6 本章小结

第5章 惯导系统初始对准实验验证

5.1 引言

5.2 实验装置介绍

5.2.1 飞行器姿态控制系统实验仪器

5.2.2 惯性测量单元(IMU)

5.3 GUI 程序介绍

5.3.1 图形用户界面(GUI)介绍

5.3.2 GUI 编程方法介绍

5.4 初始对准仿真实验

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢