旋转式捷联惯导系统误差分析与转动方案研究

摘要

捷联式惯导系统将惯性元件直接固联于运载体，省去了复杂的机电式导航平台，凭借体积小、重量轻、结构紧凑、功耗低、可靠性高等诸多优点，正在逐步取代平台式惯导系统。但由于惯性元件精度和工作环境的影响，捷联惯导系统的导航精度相对较低。为了在现有惯性元件制造水平的基础上进一步提高捷联惯导系统的精度，采用误差旋转自动补偿技术是一个行之有效的办法。本文就是针对光学陀螺捷联惯导系统的旋转补偿技术展开研究的。本文的主要工作包括以下三部分：
　　(1)在捷联惯导系统研究的基础上，本文首先分析了旋转补偿技术的误差抑制机理，并探讨了旋转式惯导系统的基本结构和惯性元件漂移误差自动补偿的原理。随后建立了旋转式捷联惯导系统的动态误差模型，推导出系统误差的解析表达式。最后分析了各类误差源（包括刻度因数误差、安装误差、随机漂移误差、尺寸效应误差等）在旋转式捷联惯导系统中的误差效应。
　　(2)旋转式惯导系统的转动方案研究。本文首先分析了不同转动方式对系统误差补偿效果的影响，并提出了转动方案的评价准则。然后讨论了具有可行性的系统转动方案，包括单轴二位置转动方案、单轴四位置转动方案和双轴八次序转动方案，比较了不同转动方案的优缺点。
　　(3)本文设计了数学仿真模型，证明了转动条件下导航误差解析表达式的正确性。设计了转台实验，以实际数据验证了旋转式捷联惯导系统对于惯性导航精度的改善效果，对旋转方案进行了工程验证。
　　通过本文的理论分析、系统仿真和工程实验，说明采取旋转IMU的误差自动补偿技术可以有效补偿惯性元件漂移误差及其它多项误差，通过合理地设计系统的转动方案可以大大提高惯导系统的导航精度。

目录

旋转式捷联惯导系统误差分析与转动方案研究

Error Analysis and Indexing Scheme Research on Strapdown Inertial Navigation System with IMU Rotating

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2惯性导航系统综述

1.3误差旋转自动补偿技术的发展现状

1.4论文的主要研究内容

第2章捷联惯导系统基本原理及误差分析

2.1引言

2.2捷联惯导系统的基本结构

2.3常用坐标系及变换关系

2.4捷联惯导系统的导航计算

2.5捷联惯导系统的误差分析

2.6惯性元件的误差建模

2.7本章小结

第3章旋转式捷联惯导系统的原理和误差分析

3.1引言

3.2旋转式捷联惯导系统的误差抑制机理

3.3旋转式捷联惯导系统的结构和原理

3.4旋转式捷联惯导系统的误差分析

3.5旋转式捷联惯导系统的误差效应研究

3.6本章小结

第4章旋转式捷联惯导系统的转动方案研究

4.1引言

4.2转动方式对系统误差补偿效果的影响

4.3转动方案的评价准则

4.4单轴转动方案研究

4.5双轴转动方案研究

4.6本章小结

第5章旋转式捷联惯导系统的仿真和实验

5.1引言

5.2系统仿真实验

5.3转台实验

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢