基于激光捷联惯性导航的矿山水下采太矿车定位定向系统研究

摘要

结合国内外导航技术的实际状况和发展,针对矿山水下轮式采矿车的工作特点及其恶劣的工作环境,应用国内外先进的激光陀螺惯性自主导航技术,设计了水下组合导航系统。通过加入里程器,解决了纯惯导导航情况下定位误差随时间而积累的问题。通过应用试验,结果表明本文所研究的设计方案合理,能够有效地提高水下导航的定位精度。本文的主要研究工作如下:
　　 1.惯性敏感器件的研究。简要地介绍了激光陀螺仪的基本原理,并且对惯性敏感器件进行了误差参数的标定。
　　 2.捷联惯导系统的研究。针对在水下环境中的定位定向的可实现问题,详细推理了捷联惯导系统的基本导航算法,进行了捷联惯导基本的位置、速度、姿态的公式推理。并系统地分析了捷联式惯导系统的误差特性,同时建立了其误差模型方程。
　　 3.水下采矿车组合导航系统的设计研究。推算了里程器导航速度和位置误差并建立了相应的误差基本模型；对捷联惯导系统和里程计的误差方程进行了分析,建立了以捷联惯导系统为主的用于卡尔曼滤波的系统状态方程和观测方程,给出了水下组合导航系统的滤波方案；设计了水下航行器组合导航系统。
　　 4.组合导航系统的调试和应用试验。应用试验结果表明:组合导航系统达到了预期的导航精度,基本克服了定位误差随时间累积的问题。
　　 5.利用Visual C++6.0的对话框应用程序设计基于对话框的视图显示程序。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 惯性导航系统概述

1.2 激光陀螺发展概述

1.3 组合导航技术

1.4 课题的研究内容

第二章 惯性元件原理

2.1 激光陀螺的基本原理

2.1.1 Sagnac效应

2.1.2 激光陀螺的工作原理

2.1.3 激光陀螺的优点

2.1.4 激光陀螺的参数要求

2.2 加速度计

2.2.1 加速度计的主要参数

2.3 惯性元件的误差标定

2.3.1 分立标定法

2.3.2 分立标定试验

第三章 捷联惯导系统的算法

3.1 地球的描述

3.2 惯性导航的基础知识

3.2.1 常用坐标系定义

3.2.2 常用坐标系之间的变换

3.3 捷联惯导的基本算法

3.3.1 捷联惯导简化算法微分方程组

3.3.2 姿态更新算法

3.3.3 速度更新算法

3.3.4 位置更新算法

3.4 捷联惯导系统的初始对准

3.4.1 解析式粗对准

3.4.2 参数辨识精对准

第四章 组合导航算法设计

4.1 捷联惯导系统误差方程

4.2 里程仪位置推算及误差方程

4.2.1 里程仪速度和位置解算

4.2.2 里程仪速度及位置误差

4.3 组合导航算法的设计

4.3.1 滤波器的结构

4.3.2 滤波器状态方程和测量方程

第五章 组合导航系统的调试与应用试验

5.1 组合导航系统的调试

5.2 应用试验及其结果分析

5.3 界面程序设计

5.3.1 对话框应用程序

5.3.2 辅助显示视图程序的实现方法:

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 有待于进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录 A 攻读硕士学位期间从事的科研工作

附录 B 辅助界面的部分程序