捷联惯导系统级标定试验和数据处理方法研究

摘要

弹载惯性测量组件误差随时间变化，需要定期标定。常规分立式标定需拆装惯组，耗时长，延长了作战准备时间。本文以弹载挠性捷联惯组为待标定子惯组，以导弹运载车高精度SINS/GPS组合导航系统为主惯组，设计了无需拆装惯组的系统级标定方法。该方法以主子惯组间速度和姿态差值作为量测量，通过运载车合理机动，估计出子惯组误差参数，从而摆脱了对高精度转台的依赖，提高了标定效率。本文主要工作围绕误差建模、参数估计方法、可观测性分析、最优标定路径设计和试验验证展开:
　　1.建立了石英加速度计的误差模型，建立了包括零偏、标度因数误差、与g有关项误差的挠性陀螺仪模型，并根据挠性陀螺仪特性简化了模型，研究了主子惯组间安装误差，推导了杆臂误差方程和杆臂速度补偿方法;
　　2.将速度误差、姿态误差和惯组误差作为系统状态向量，以主子惯组速度和姿态差值作为量测量，建立了40维卡尔曼滤波的系统方程，给出了卡尔曼滤波参数选取的一般原则;
　　3.研究了基于PWCS和SVD分解的可观测分析方法，给出了可观测度的定义，针对状态量量纲不统一的情况，提出了统一状态量量纲的可观测度优化分析方法，在一定程度上克服了可观测度的理论缺陷;
　　4.结合运载车的机动能力，设计了侧倾、转弯、多角度起竖、连续起竖4种机动方式，分析了不同机动条件下状态量的可观测度，据此设计了转弯、侧倾、多角度起竖的标定路径，对惯组的误差参数进行标定，仿真结果表明误差估计效果与可观测性分析结果基本一致;
　　5.利用三轴转台模拟标定路径，完成了挠性捷联惯组的系统级标定试验和分立式标定试验。试验结果表明系统级标定结果与仿真结论一致，可标定惯组32项误差，与分立式标定结果相比，加速度计和陀螺零偏残差分别在0.03～0.07mg和0.03～0.08°/h内，通过补偿后导航结果看出，系统级标定与分立式标定精度相当，满足战术级惯组精度要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 标定技术国内外发展现状

1．2．1 标定技术的分类

1．2．2 系统级标定技术发展现状

1．3 论文组织结构

第二章 捷联惯导系统级标定误差分析

2．1 捷联惯导系统常用坐标系

2．2 惯组器件数学模型

2．2．1 加速度计数学模型

2．2．2 挠性陀螺仪数学模型

2．3 安装误差

2．3．1 安装角误差

2．3．2 杆臂误差

2．3．3 杆臂速度补偿

2．4 捷联惯导系统误差传播特性

2．4．1 姿态误差方程

2．4．2 速度误差方程

2．5 本章小结

第三章 捷联惯导系统级标定模型建立

3．1 卡尔曼滤波基本原理

3．2 捷联惯导系统级标定模型

3．2．1 “速度+姿态”匹配系统方程

3．2．2 “速度+姿态”匹配量测方程

3．3 系统级标定卡尔曼滤波算法的具体实现

3．4 本章小结

第四章 标定路径设计与可观测性分析

4．1 PWCS的可观测性矩阵

4．2 奇异值分解的系统可观测性分析

4．2．1 奇异值分解的基本原理

4．2．2 基于奇异值的可观测性分析

4．2．3 可观测度的定义

4．3 不同机动条件可观测性分析

4．3．1 引言

4．3．2 侧倾机动可观测性分析

4．3．3 转变机动可观测性分析

4．3．4 连续起竖机动可观测性分析

4．3．5 多角度起竖可观测性分析

4．4 标定路径设计

4．4．1 标定路径

4．4．2 标定路径仿真验证

4．5 本章小结

第五章 捷联惯导系统级标定转台试验

5．1 试验环境

5．2 常规分立式标定试验

5．2．1 角速率实验

5．2．2 多位置实验

5．2．3 分立式试验结果与分析

5．3 系统级标定转台试验

5．3．1 试验流程

5．3．2 试验结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

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