无陀螺惯性组合导航系统滤波方法研究

摘要

随着国民经济建设和国防建设的发展，惯性导航的应用日益广泛。目前惯性导航系统已应用于社会的各个领域，包括飞机、舰船、航天器、导弹、车辆等等。无陀螺捷联惯性导航系统只用加速度计，舍弃陀螺仪，从加速度计测量的比力中解算出载体的角速度信息。它适用于大动态范围、导航时间较短的载体的惯性制导，其优点是低成本、低功耗、高可靠性、快速反应。其缺点是误差积累快，所以在该系统中引入GPS导航系统组成组合惯性导航系统。用GPS测得的导航信息校正无陀螺捷联惯导系统的导航参数误差，可以提高导航精度。
　　 本文的创新性研究和主要工作如下：
　　 1.根据无陀螺捷联惯性导航系统的工作原理，提出一种新的九加速度计的安装方案。该方案设计简单，不仅便于安装，而且可提高加速度计的冗余信息，便于载体角速度的解算。
　　 2.对这种九加速度计安装方案进行角速度解算，并提出了一种消除由于加速度计体积而带来误差的安装方案；当存在加速度计误差时，对系统进行了角速度解算。
　　 3.对无陀螺惯性组合导航系统进行可观测性分析。可观测性分析在系统初始对准过程中起着重要作用，也对系统卡尔曼滤波的稳定性提供了保障。
　　 4.提出了GFSINS/GPS组合导航系统的滤波器，并对单一无陀螺惯导系统和组合导航系统进行了仿真，说明了组合导航系统能有效地抑制导航误差的累积，提高了导航系统的定位精度。
　　 全文探讨了无陀螺惯性组合导航系统的研究，重点对滤波方法进行了研究，仿真结果表明：组合导航系统具有较高的导航精度。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 捷联惯导系统简介

1.2 无陀螺捷联惯导系统

1.3 惯性组合导航系统

1.4 卡尔曼滤波在组合导航系统中的应用

1.5 论文的主要内容

第2章 无陀螺惯性组合导航系统的基本原理

2.1 无陀螺惯导系统的工作原理

2.1.1 坐标系的定义

2.1.2 坐标系的变换

2.1.3 工作原理

2.2 组合导航系统的设计

2.2.1 GPS导航子系统

2.2.2 组合导航系统的设计模式

2.3 惯性测量单元的加速度输出

2.3.1 加速度计的数学模型

2.3.2 载体上任意一点的加速度输出

2.3.3 惯性测量元件的加速度输出

2.4 本章小结

第3章 无陀螺惯导系统角速度解算

3.1 加速度计安装方案

3.1.1 加速度计安装方案比较

3.1.2 九加速度计角速度的解算

3.2 九加速度计的安装误差及补偿方法

3.2.1 无陀螺捷联惯导系统的误差源

3.2.2 九加速度计的误差补偿

3.2.3 安装误差条件下的角速度解算

3.3 本章小结

第4章 PWCS可观测性分析方法在GFSINS/GPS系统中的应用

4.1 PWCS可观测性分析理论与方法

4.1.1 PWCS的可观测性分析

4.1.2 可观测度分析的奇异值方法

4.2 GFSINS/GPS导航系统对准过程中的可观测性分析

4.2.1 传递对准模型的建立

4.2.2 传递对准可观测性仿真

4.3 本章小结

第5章 无陀螺惯性组合导航系统初始对准的卡尔曼滤波仿真研究

5.1 引言

5.2 Kalman滤波的基本算法

5.2.1 Kalman滤波基本方程

5.2.2 Kalman滤波器的结构图及算法方框图

5.3 无陀螺惯性组合导航系统对准的仿真研究

5.3.1 无陀螺惯性组合导航系统滤波器

5.3.2 仿真结果分析

5.3.3 扩展卡尔曼滤波

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