高精度惯性导航系统误差抑制研究

摘要

捷联式惯性导航系统（Strapdown Inertial Navigation System，简称SINS）将其惯性测量单元件直接固连在载体上，因而省去了复杂的稳定平台等机械结构。因此，捷联惯导系统具有体积小；重量轻；结构简单等优点。然而惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）的误差周期振荡特性以及经度误差随时间发散等问题仍然存在于捷联惯导系统中。本文主要针对惯导性导航系统的阻尼技术及综合校正技术进行分析并提出新的方法，最后进行仿真验证。为了消除惯性导航系统中的误差周期振荡的现象，通常的做法是在捷联惯导系统中加入阻尼环节。然而对于加入阻尼网络之后的阻尼系统来说，需要经过一个调节的过程才能够使系统达到一个稳定的工作状态。在阻尼系统处于调节过程时，系统中存在超调等现象，将会严重影响系统的性能。
　　本文利用Kalman滤波代替原有阻尼系统中的阻尼网络，缩短系统调节时间，消除因阻尼切换带来的超调问题，同时分析了外观测速度误差给传统阻尼系统与Kalman滤波阻尼系统带来的误差及影响，提出了考外测速度误差（或洋流）Kalman滤波阻尼技术，该方法通过改变Kalman滤波的观测模型，消除洋流或外测速度误差，并对改进模型的时间更新及量测更新方程进行推导，并将其运用到惯性导航系统的阻尼方法中并进行仿真验证。惯性导航系统可以通过阻尼方法抑制振荡性误差，但是系统在长时间的运行过程中，由于误差的积累给系统导航精度带来很大的影响，因此需要运用综合校正技术对系统进行不定期的参数估计与重调。本文详细介绍了传统的综合校正技术，并对其进行分析，指出其存在的问题，同时提出了基于一段时间的位置与速度信息进行陀螺漂移的估计并进行一点校正的方法，与传统方法不同，该方法通过找出平台漂移角与速度误差、平台漂移角与陀螺漂移的关系，利用速度误差估计出系统陀螺漂移，缩短了校正时间，提高了综合校正技术的实用性，简化了校正过程。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 惯性导航系统阻尼技术和综合校正技术发展现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 惯性导航系统的基本原理

2.1 常用坐标系及符号

2.2 惯性导航系统基本原理及其数学描述方程

2.3 惯性导航系统误差方程

2.3 本章小结

第3章 惯性导航系统的阻尼技术

3.1 惯性导航系统的传统阻尼方法

3.2 基于Kalman滤波阻尼方法

3.3仿真验证

3.4本章小结

第4章 考虑外测速度误差的Kalman滤波的阻尼方法

4.1 舰载惯性导航系统阻尼误差分析

4.2 考虑洋流速度的Kalman滤波阻尼方法

4.3 本章小结

第5章 惯性导航系统综合校正技术

5.1 惯性导航系统传统综合校正技术

5.2捷联惯导系统ψ角误差模型

5.3 基于一段时间位置信息和速度信息辅助的校正技术

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢