收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究

刘志平  
【摘要】:由于传统的捷联惯导系统不太适合应用于大过载、大角速度的场合,而无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)在具有大加速度、大角速度的情况下,仍然能正常工作。所以,近年来,无陀螺捷联惯导系统得到广泛研究,取得了许多研究成果,但仍然离工程化、实用化有一定差距。为了解决目前该研究领域存在的问题,本文针对系统构型、角速度解算、姿态估计和误差标定及补偿等几项关键技术来展开研究,为后续系统的研制打下基础。 首先,给出了GFSINS构型的可行性条件:构型矩阵J左可逆。针对系统构型的优劣,提出了一种基于几何精度扩散因子(GDOP)的评价指标,并通过三种典型构型方案验证了该指标的有效性。鉴于实用化的考虑,设计了一种基于旋转弹的十加速度计构型单元,当其中某一加速度计故障时,可以有四种不同的编排方式来保证系统正常工作且精度不变。通过GDOP指标的判断和对具体对象的分析表明,此设计很适合应用到旋转弹上。 其次,为了提高系统导航精度,针对角速度解算方法展开了研究。在分析了积分法、开方法、微分法等几种角速度算法优缺点的基础上,给出了一种运算简单、精度较高的对数算法。针对角速度代数公式算法解算误差达不到要求的情况,建立了一个三层BP神经网络模型来预测角速度,仿真结果表明,角速度预测精度比对数算法提高了将近两倍。为了消除加速度计随机噪声对角速度解算结果的影响,设计了一种H∞滤波器,并在改变噪声大小、噪声种类和初始状态估值大小的情况下进行了仿真,结果表明, H∞滤波比kalman滤波具有更好的鲁棒性和稳定精度,滤波后,角速度估计精度比对数法至少提高了1个数量级。 接着,对GFSINS姿态估计方法展开了研究。给出了基于四元数的四阶龙格库塔法和四子样旋转矢量法解算姿态,并在圆锥运动下完成了仿真,结果表明,四子样等效旋转矢量法姿态解算精度高于四阶龙格库塔法,而且当采用GFSINS独立确定姿态时,姿态角误差随时间而累积。基于重力矢量和三轴磁强计测量输出,给出了一种适合弹体在静止或匀速运动状态下的姿态确定方法,能避免误差积累。为了抑制弹体在不同运动环境下的姿态误差发散,提出了一种GFSINS/磁强计的组合定姿滤波方案,考虑到圆锥误差的影响,采用基于四子样等效旋转矢量法获得的四元数以及十加速度计输出中分解出的角速度作为状态量,加速度计组合输出的角速度交叉乘积项和三轴磁强计测量值作为量测量,构建了系统的状态方程和量测方程;然后设计了EKF和SUKF两种姿态估计器,并在圆锥运动下完成了仿真对比。结果表明,SUKF的性能要优于EKF,滤波后,姿态误差的发散能得到有效的抑制。 最后,对系统的主要误差源进行了标定及补偿技术的研究。针对加速度计静态和动态误差对GFSINS的显著影响,基于误差模型,利用线性神经网络技术完成了误差系数的辨识,通过给出的有效补偿算法将误差补偿到加速度计输出中,角速度解算精度均提高了一个数量级。针对加速度计安装误差对系统精度的影响,提出了一种十加速度计安装位置和方向误差系数的辨识方法,将转台上的系统构型在两种转速下各进行三次翻转,可以一次性标定出50个误差系数;在采用先计算补偿后的加速度计输出再解算角速度的方法补偿安装误差后,精度至少能提高一倍。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 丁明理,王祁;无陀螺惯性测量组合研究现状概述[J];中国惯性技术学报;2005年04期
2 周红进;许江宁;覃方君;;一种新的基于加速度计的无陀螺捷联惯性导航系统设计与实现[J];仪器仪表学报;2008年07期
3 王小旭;薛红香;夏全喜;孙明;;无陀螺惯性测量单元设计及仿真分析[J];中国惯性技术学报;2008年02期
4 吴俊伟;王小旭;李绵伟;金春竹;;GF-IMU角速度解算方法的研究[J];系统仿真学报;2009年11期
5 王晓沁,卜雄洙,朱明武;惯性测量组合的优化设计与误差补偿算法研究[J];传感器技术;2003年12期
6 罗运顺;王祁;丁明理;;无陀螺惯性测量系统的设计与实验[J];弹箭与制导学报;2006年S9期
7 赵国荣;刘涛;吴雨强;潘爽;;卡尔曼滤波在无陀螺捷联惯导系统中的应用[J];航天控制;2009年04期
8 杜炜强;;M6加速度计的自诊断系统[J];火箭推进;2002年06期
9 徐涛,罗武胜,吕海宝,董文娟;微硅加速度计在定向钻进角度测量中的应用[J];国防科技大学学报;2004年02期
10 熊嚥,陈明,郭琳,赵博辉;声表面波加速度计中压膜阻尼技术的研究[J];传感器技术;2004年10期
11 李慧敏,袁丽冬;用MAX1457实现对硅压阻式加速度计的温度补偿[J];计量与测试技术;2005年04期
12 周晓尧;曲从善;刘奕辰;;基于PC104总线的加速度计测试系统设计与实现[J];弹箭与制导学报;2006年S3期
13 李海涛;曹咏弘;;捷联惯导系统十二加速度计配置方案研究[J];机械管理开发;2007年S1期
14 周红进;许江宁;;无陀螺惯性导航系统对准误差分析[J];弹箭与制导学报;2007年04期
15 邢馨婷;姜程;熊磊;张朋好;;一种摆式大量程加速度计的设计[J];计测技术;2007年06期
16 解磊;苏伟;陈泉根;;微电容加速度计系统的设计[J];传感器与微系统;2007年11期
17 岳春峰;于化东;段凤阳;许金凯;李小龙;;单轴加速度计信息采集系统设计[J];光机电信息;2010年09期
18 D.J米莱斯,丁其伯;力反馈式加速度计用的一种多用途测试装置[J];电光与控制;1977年02期
19 朱展文;;液浮摆式加速度计零位漂移数学模型的研究[J];华南理工大学学报(自然科学版);1991年04期
20 孟立凡;徐小华;;一种新型应变式加速度计的研制[J];中北大学学报;1993年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈光明;符养;徐寄遥;陈凤贵;;基于CHAMP卫星加速度计观测的高层大气密度研究[A];国家安全地球物理丛书(六)——空间地球物理环境与国家安全[C];2010年
2 何胜;王巍;邢朝洋;;石英振梁式加速度计研究[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年
3 钱朋安;;加速度计自动校准技术研究的现状分析[A];第十七届全国测控计量仪器仪表学术年会(MCMI'2007)论文集(下册)[C];2007年
4 朱红生;何胜;赵采凡;;硅微加速度计在动态测斜中的应用[A];2001年飞行器惯性器件学术交流会论文集[C];2001年
5 齐建宇;李华滨;;一种利用加速度计输出标定惯性平台陀螺漂移的方法[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年
6 武强;宁德尧;;基于FFT的压电加速度计背靠背替代法校准技术[A];中国工程物理研究院科技年报(2002)[C];2002年
7 马铁华;朱红;;基于水银的电容式加速度计研究[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
8 薛大同;张剑威;王佐磊;刘保湘;;静电悬浮加速度计真空装置的研制[A];中国真空学会2006年学术会议论文摘要集[C];2006年
9 王宏伟;江世宇;腾功清;齐臣杰;;一种小型电容敏感式加速度计的研制[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年
10 余瑶;钟宜生;;多工作点加速度计组合件高精度鲁棒温度控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘志平;无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 杨杰;无陀螺捷联惯导系统加速度计构型研究与误差分析[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 刘力;惯性传感器扭摆测试中地面振动和放电金丝的影响研究[D];华中科技大学;2012年
4 肖光宗;基于Y型腔正交偏振双频激光器的激光加速度计初步研究[D];国防科学技术大学;2011年
5 蒋玉齐;高量程MEMS加速度计封装研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
6 迟晓珠;六自由度运动多参数综合测试技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
7 牟淑志;无陀螺惯性测量组合仿真及实验研究[D];南京理工大学;2007年
8 吴波;硅微光机械加速度地震检波器理论与实验研究[D];天津大学;2005年
9 张燕君;光电集成加速度地震检波器的理论与实验研究[D];天津大学;2006年
10 李博;基于共振隧穿结构介观压阻效应的纳机电加速度计研究[D];中北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘佳钰;加速度计横向输出特性研究及其对惯性组合的影响[D];中北大学;2008年
2 赵正杰;无陀螺飞行体姿态测试与仿真[D];中北大学;2006年
3 姜华;VBA()关键技术研究[D];西安电子科技大学;2001年
4 周益明;二维同振柱形矢量水听器的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 朱大非;基于折叠壳式加速度计柱形矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王强;高精度加速度计空间引力标定方案研究[D];华中科技大学;2006年
7 陈宇晓;电容式微机械静电伺服加速度计系统分析[D];电子科技大学;2003年
8 黄平;加速度计数据采集与数据库管理系统开发技术[D];四川大学;2005年
9 王博;单陀螺多加速度计惯性测量系统设计及实验研究[D];中北大学;2011年
10 罗运顺;无陀螺惯性测量的算法研究与应用[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 包秋红;加速度计测试的加速者[N];中国航空报;2004年
2 时萱;感官敏锐 听看八方[N];中国航天报;2005年
3 北京弗欧弗奥信息咨询有限公司 谭薇;MEMS传感器大规模应用指日可待[N];中国电子报;2006年
4 李洵颖 DigiTimes;Wii旋风催动MEMS应用[N];电子资讯时报;2007年
5 记者  罗翠钦;三轴加速度计有望成消费应用标配[N];中国电子报;2005年
6 记者 安勇龙;MEMS:封装是难点 期待标准工艺[N];中国电子报;2007年
7 万永波;消费性电子开启传感器应用新契机[N];电子资讯时报;2008年
8 李洵颖;Wii、iPhone刮旋风 微机电应用窜红[N];电子资讯时报;2007年
9 段华明;防灾智慧的三重境界[N];南方日报;2007年
10 ;求实篇·乘风破浪创佳绩[N];中国航空报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978