GNSS/MIMU组合导航中微陀螺g敏感性误差分析与补偿方法研究

摘要

GNSS/MIMU深组合导航是目前导航技术领域的研究热点。本文以高动态的精确制导武器为应用背景，以 GNSS/MIMU组合导航系统为研究对象，针对高动态环境下 MIMU中微机械陀螺存在显著的g敏感性误差这一问题，从组合导航算法的角度进行了误差分析和补偿方法的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴建立了高动态条件下考虑g敏感性的微陀螺误差模型，针对微陀螺动态特性不同的特点，推导出了MIMU中陀螺g敏感性误差的三种表达形式及其测量误差模型；理论分析结果表明，当采用位置和速度进行组合导航时，系统的位置与速度精度主要取决于观测量的精度，陀螺的g敏感性误差对其影响非常小，但会直接影响系统的姿态精度，且载体的动态越高，影响也越大。⑵采用全局可观性分析方法，对含微陀螺g敏感性误差的GNSS/MIMU组合导航系统的可观性进行了分析，结果表明以GNSS提供的位置和速度信息为观测量，设计合理的机动条件，系统是可观的，并给出了全局可观性的充分条件。根据微陀螺g敏感性误差模型，设计了三种不同形式的卡尔曼滤波器，为实现g敏感性误差的补偿提供理论依据。⑶参与了一体化组合导航半实物仿真平台建设工作，并基于该平台，仿真分析了g敏感性误差对组合导航系统的影响，得到了与理论分析一致的结论，即微陀螺的g敏感性误差对组合滤波位置与速度精度影响较小，但对姿态的精度影响较大。当载体沿陀螺敏感轴方向的加速度为50g时，相应轴向的姿态角误差约为3.49度，姿态精度下降明显；按照全局可观性充分条件设计了运动轨迹，采用所设计的卡尔曼滤波器实现了g敏感性误差的补偿，提升了高动态条件下GNSS/MIMU组合导航系统的精度。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外发展及研究现状

1.3 论文的主要研究内容与组织结构

第二章 微陀螺g敏感性误差建模

2.1 微陀螺结构与工作原理

2.2 微陀螺g敏感性误差模型

2.3 MIMU的测量误差模型

2.4 本章小结

第三章 微陀螺g敏感性误差对组合导航系统的影响分析

3.1 组合导航的基本理论

3.2 微陀螺g敏感性误差的影响分析

3.3 本章小结

第四章 微陀螺g敏感性误差的补偿方法研究

4.1 可观性定义

4.2 含g敏感性误差的组合导航系统全局可观性分析

4.3 微陀螺g敏感性误差的补偿方法

4.4 本章小结

第五章 半实物仿真平台构建与仿真验证

5.1 半实物仿真平台构建

5.2 仿真验证

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果