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加速度计/磁强计捷联惯导系统姿态解算方法研究

李海涛  
【摘要】: 无陀螺捷联惯导系统是只用加速度计作为惯性测量元件,直接安装在载体上的捷联惯导系统。由于它具有低成本、低功率、长寿命、高可靠性、快速反应等优点,因此对无陀螺捷联惯导系统的研究具有重要意义。但是由于无陀螺捷联惯导系统舍弃了陀螺,载体的角速度是通过加速度计测量的比力解算得到,所以导航误差随时间的积累较快。如果在该系统中引入磁强计,构成组合导航系统,就可用磁强计测量的地磁信息校正导航参数误差,提高导航精度。 本文重点研究的内容是:第一,通过研究无陀螺捷联惯导系统典型的加速度计配置方案,针对高自旋弹提出一种新的十二加速度计配置方案。该配置方案不但能够满足实际问题的安装空间要求,而且可以利用先验条件直接从加速度计的比力中解算出载体角速度,使角速度误差不随时间积累。第二,对现有的姿态更新算法进行比较和分析,得到了四元数法更适于实际应用的结论。第三,针对弹道平面内的弹丸导航,在无陀螺捷联惯导系统中引入了磁强计,推导得到了磁强计输出和姿态角之间的关系,在此基础上提出了一种新的姿态优化算法,介绍了算法的基本原理。最后,对该系统进行了仿真研究,仿真结果表明姿态优化算法有效的抑制了误差的积累。 本文所做研究探索了通过组合导航提高导航精度的新方法,为该系统走向工程实践提供了理论依据,具有一定的现实意义和应用前景。


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