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捷联惯导系统传递对准研究

孙昌跃  
【摘要】:捷联惯性导航系统(SDINS)是一种推算式导航系统,其性能很大程度上取决于初始对准的精度以及体坐标系到导航坐标系变换矩阵的确定。并且,姿态失准角的估计精度和收敛时间决定着整个对准过程的性能。传递对准是一个采用主惯导系统(MINS)的准确信息对至少一个子惯导系统(SINS)同时进行初始化和校准的过程。一般而言,传递对准的实现是通过计算主、子惯导系统的导航解之差,以作为Kalman滤波器的观测量,然后利用Kalman滤波器递归地估计和校正姿态误差和SINS的传感器测量误差。 针对SDINS的传递对准,论文首先分析了文献涉及到的解决这个问题的各种技术,并对采用不同测量匹配的传递对准方案进行了设计并给出了算法实现。通过在运载体挠曲变形和振动条件下的仿真研究,对已有传递对准算法在空中对准应用所能达到的性能进行了评估。分析了每种传递对准算法的优缺点,研究了传递对准性能对Kalman滤波器的系统模型、运载体机动和对准持续时间的依赖关系。 特别是,为了利用运载体任何低幅度的自然角运动以强调运载体低动态条件下的传递对准问题,提出了一种速度+角速度匹配的滤波算法。而且,给出了一种采用积分速度+积分角速度匹配的算法以降低运载体挠曲效应和振动的影响。所提两种算法的优点通过机载传感器系统校准和舰载武器INS传递对准的研究得到验证。此外,为处理未知初始条件下的传递对准问题,推导了大姿态失准角的SDINS速度和姿态误差传播方程,并给出了基于奇异值分解的Kalman滤波器算法以解决初始姿态误差不确定所产生的非线性估计问题。 更进一步的是,将小波多分辨率分析技术作为一种有效的预滤波方法用于SINS原始输出信号的处理,旨在提高惯导系统传感器输出信号的信噪比,降低那些与运载体动态相混叠的误差,为基于Kalman滤波器的传递对准算法提供更为可靠的数据。另外,为克服现有小波消噪技术的局限性,引入了串级消噪算法。并通过仿真研究,对串级消噪算法在提高传递对准性能的有效性进行了验证。


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