捷联式航姿基准陀螺仪系统的线路设计与EFRLS算法的应用研究

摘要

捷联式惯性技术是在传统的稳定平台式惯性技术的基础上发展起来的一种新技术，是惯性技术的发展方向。捷联航向姿态基准(AHRS)是一种能够提供被测运动体的航向、姿态、角速率、线速度等信息的捷联式惯性系统。捷联惯性技术在我国尚处于起步发展时期，至于船用捷联航姿系统，还处于理论研究阶段。因此进行捷联航姿系统的研制，是非常有意义的。捷联式惯性技术是一门新兴的多学科的综合技术，需要解决一系列的理论、应用及相关技术。本文就国防重点研究项目AHRS的研制展开深入的研究。 1．研究了捷联AHRS中动力调谐陀螺仪模拟再平衡回路的设计，分析了陀螺仪一再平衡回路系统之间的耦合以及解耦的方法，得到了解耦矩阵，给出了再平衡回路各部分电路的传递函数。 2．捷联AHRS中陀螺仪数据采集系统的性能必须与陀螺仪相匹配，陀螺仪数据采集系统要求分辨率高、重复性好、线性度高，本文从工程应用的角度出发，提出采用A／D转换实现陀螺仪数据采集，将陀螺仪数据采集系统分为现场数据采集转换、通讯监听纠错、数据接收缓存、温度监测四个部分，提出了具有最佳阻尼系数的高阶低通滤波器的设计方法、软件实现纠错编码提高数据传输的可靠性以及浮置桥式温度测量线路补偿热敏电阻桥式测温电路的非线性。 3．捷联式航姿基准中陀螺仪及加速度计的可靠性直接影响系统的可靠性，提高惯性组件箱(IMU)中元部件的可靠性是基础，当系统中元部件发生故障时，应该能够迅速定位故障，本文在对捷联系统深入分析的基础上，提出采用故障树的方法来进行故障诊断，开发了相应的软件。 4．Kalman滤波器是捷联惯性系统常用的对系统误差进行估计补偿的有效方法，但是它对系统噪声和观测噪声要求很高。为此本文提出了扩展遗忘因子递推最小二乘算法(EFRLS)在捷联惯性系统中的应用，推导了其递推公式，讨论了初始值、遗忘因子的选取，并进行了仿真。仿真表明该状态估计与完全匹配的Kalman滤波器有相近的性能，但是当噪声相关或者时变时，它的性能将优于Kalman滤波器，而且对遗忘因子的选择不敏感，适合于在捷联惯性系统中应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章陀螺仪模拟再平衡回路的解耦分析

第三章陀螺仪模拟再平衡回路数据采集系统的设计

第四章惯性组件箱电路运行状态的故障诊断

第五章EFRLS算法及其在捷联系统中的应用

第六章实验结果

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表论文及获奖情况

致谢