高精度激光陀螺捷联惯导系统误差模型参数估计方法研究

摘要

惯性器件的温度漂移误差和惯导系统的逐次启动漂移误差是影响高精度惯性导航的重要误差源。为满足长航时长航程航海导航和航空重力测量对激光陀螺惯导系统的精度需求，需要补偿激光陀螺零偏的温度漂移误差，补偿石英挠性加速度计标度因数、安装误差和零偏的温度漂移误差，在线估计激光陀螺和石英挠性加速度计零偏的逐次启动漂移误差，以提高激光陀螺角增量和加速度计速度增量的测量精度，进而满足高精度惯性导航的要求。
　　论文完成的主要工作和研究成果概述如下：
　　1.以地球自转角速率值为约束，提出了基于惯性系解算的激光陀螺零偏参数多位置估计算法，克服了传统的多位置寻北算法需要加速度计组件提供精确比力测量值和惯性测量设备提供精密测角信息的不足，在双轴温控转台无法提供全空间观测条件下实现激光陀螺零偏参数的准确估计。通过常温环境下三轴精密转台的标定测试，验证了基于惯性系解算和多位置寻北算法估计零偏参数的等价性。基于双轴温控转台提供多个固定温度点，对激光陀螺零偏温度误差模型参数进行了系统级的分立标定，建立了全温度范围内激光陀螺零偏参数的三阶多项式回归模型，进而满足了角运动信息的高精度测量需求。
　　2．以重力值为约束，实现了基于阻尼最小二乘估计的石英挠性加速度计组件线性模型参数的多位置标定算法，克服了转台误差对加速度计组件参数标定精度的影响。通过仿真和实验验证了其具有和重力值约束的方程求解算法等价的参数估计精度。以约束四元数优化估计实现了激光陀螺组件和加速度计组件相对姿态参数的标定。通过双轴温控转台提供多个固定温度点，对石英挠性加速度计组件温度误差模型参数进行了系统级分立标定，建立了加速度计组件标定参数的三阶多项式回归模型，进而满足比力信息的高精度测量需求。
　　3.以激光陀螺组件连续测量的姿态基准信息为观测量，考虑二次平方项的温度误差特性，完成了系统冷启动温变过程中石英挠性加速度计组件非线性温度误差模型参数的快速标定，节约了标定成本，缩短了标定时间。针对最小二乘算法在估计加速度计组件温度误差模型参数上存在的模型误差过大的局限，提出了基于概率极小化DWO函数优化估计的加速度计组件温度误差模型参数辨识算法，通过冷启动过程中的重力值测量误差验证其具有更高的比力测量精度。
　　4.以位置误差为观测量，设计了15状态的卡尔曼滤波器。通过车载试验对高精度激光陀螺惯导系统误差模型参数进行了系统级在线标定，3小时内准确估计出水平陀螺的漂移和水平加速度计的零偏，补偿了惯性器件的逐次启动漂移误差，进而提高短时间内系统的惯性导航精度。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要内容和结构安排

第二章 高精度激光陀螺零偏温度误差模型参数系统级分立标定方法

2.1 激光陀螺零偏参数标定算法

2.2 实验结果

2.3 本章小结

第三章 高精度石英挠性加速度计温度误差模型参数系统级分立标定方法

3.1 重力场内高精度石英挠性加速度计组件线性模型参数标定

3.2 加速度计组件温度误差模型参数标定

3.3 温变环境中加速度计组件温度误差模型参数标定

3.4 本章小结

第四章 高精度激光陀螺惯导系统误差模型参数系统级在线标定方法

4.1 基于卡尔曼滤波的系统级标定原理

4.2 系统级标定模型

4.3 车载动态条件下系统级在线估计结果

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果