速率方位惯性平台及其组合系统理论与仿真研究

摘要

本文主要研究一种简易的无源重力导航系统——速率方位惯性平台/重力匹配组合导航系统。它是根据装置于载体上重力传感器的测量值与已有的重力图匹配，通过卡尔曼滤波来估计并且修正速率方位平台惯导系统的误差。为此，本文对速率方位惯性平台及其组合导航系统展开了详细的研究。 具体工作如下： (1) 深入研究速率方位惯性平台导航系统。根据速率方位平台惯导系统的基本工作原理，建立了速率方位地平坐标系；运用惯性导航的知识，推导了速率方位平台惯导系统的基本运动方程和系统误差方程。 (2) 详细推导了速率方位平台惯导系统误差特性。用解析方法求得了静基座下误差方程的解，讨论了确定性的误差源引起的系统误差特性，并用Matlab/Simulink工具进行了仿真试验。 (3) 提出一种由速率方位惯性平台系统、GPS接收机和重力敏感器构成的重力测量组合导航系统，给出该重力测量系统在速率方位地平坐标系下的误差方程和Kalman滤波方法，并进行计算机仿真。 (4) 提出一种由速率方位惯性平台系统、计程仪、重力传感器和重力图组成的简易无源重力导航系统。分析了该无源重力导航系统的基本工作原理，建立该系统的误差状态方程、观测方程和扩展Kalman滤波方程；采用双线性插值和Shepard插值的数据拟合方法来提高重力数据的分辨率：由于重力传感器是在运动的载体上测量重力，因此其输出信息中包含当地重力信息和厄特弗斯效应，所以在Kalman滤波器中考虑了厄特弗斯效应：由于重力异常的随机性较明显，因此采用了随机线性化技术将非线性的观测方程线性化。 (5) 对速率方位惯性平台/重力匹配组合导航系统的可观测性进行了研究。从局部可观测性分析出发，分析了重力场特征对速率方位惯性平台/重力匹配组合导航系统的导航精度的影响，并进行了仿真试验。 (6) 编写了速率方位惯性平台/重力匹配组合导航系统仿真程序，并进行Matlab/Simulink仿真研究。 本论文的研究内容和研究方法为研制我国无源重力导航系统和动态重力测量系统提供了先进的理论和方法。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪 论

1.1引言

1.2无源重力导航国内外现状

1.3本文主要研究内容及方法

参考文献

第二章速率方位惯性平台导航系统

2.1引言

2.2速率方位平台惯导系统的结构

2.3速率方位地平坐标系

2.4速率方位平台惯导系统程序编排

2.5速率方位平台惯导系统误差方程

2.5.1平台角误差方程

2.5.2航向角误差方程

2.5.3速度误差方程

2.5.4位置误差方程

2.5.5惯性仪表误差方程

参考文献

第三章速率方位惯性平台导航系统误差分析

3.1速率方位平台系统特征方程

3.2速率方位平台系统误差分析

3.2.1加速度计零位误差引起的系统误差

3.2.2陀螺漂移引起的系统误差

3.2.3初始误差引起的系统误差

3.2.4结论

3.3速率方位平台惯导系统的仿真

参考文献

第四章基于RAPINS/GPS的重力测量系统

4.1动态重力测量概述

4.1.1国内外研究现状

4.2RAPINS/GPS组合导航系统

4.3基于RAPINS/GPS的海洋重力测量系统

4.4基于RAPINS/GPS的航空重力测量系统

参考文献

第五章RAPINS/重力匹配组合导航系统

5.1RAPINS/重力匹配组合导航系统概述

5.2数字重力异常图

5.3RAPINS/重力匹配组合系统状态方程

5.4RAPINS/重力匹配组合系统观测方程

5.5RAPINS/重力匹配组合系统滤波方程

5.6 RAPINS/重力匹配组合导航系统可观测性分析

5.7 RAPINS/重力匹配组合系统仿真

参考文献

结论

攻读博士学位期间发表论文

致 谢