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捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究

练军想  
【摘要】: 论文针对捷联惯性导航领域两个方面的关键技术——惯性系动基座对准技术和导航误差转动抑制技术开展研究。主要研究工作包括以下五个方面: (一)系统研究了捷联惯性导航惯性系对准方法。提出了一种利用重力矢量的特征、借助FIR滤波器抑制高频噪声的惯性系对准新方法。根据空间矢量的相互关系,推导了惯性系对准精度与惯性器件误差之间的关系式。设计了两级抽取、分段滤波的FIR低通数字滤波器组,为抑制基座扰动提供了有效手段。研究了惯性系对准方法的快速性和大失准角条件下对准性能。与传统对准方法的比较分析表明:惯性系对准方法具有对准速度快、适用于任意失准角,而且不损失对准精度的优越性能。 (二)根据惯性系对准方法的基本原理,结合车载捷联系统对于机动性对准的需求,提出了利用两次短时停车的车载行进间惯性系对准方法,分析了停车位置偏差对精度的影响。结合舰载捷联系统对于航行状态下的对准需求,提出了匀速直航条件下的惯性系迭代对准方法,仿真实验证明了该方法的可行性。 (三)采用中等精度(0.01°/h)的激光陀螺捷联系统进行惯性系对准实验,方位精度为0.04°(1σ)。对于地面扰动环境,新方法完成对准需时200秒;对于转台摇摆、船载系泊以及舰载系泊环境,新方法实现对准的时间不超过300秒。与传统反馈控制对准方法相比,新方法在对准速度上明显占优,而且不需要粗对准。实施了行进间对准实验,实现了车载高精度机动对准。设计了以惯性系迭代对准作为粗对准的两步对准方案,实现了舰载近似匀速直航状态下的快速对准。 (四)在充分研究了惯性系对准新方法后,论文对惯性导航领域中的另一项关键技术开展了研究:惯性导航误差抑制技术。推导了转动条件下惯性导航误差的解析表达式,对静态和转动两种误差解析式进行对比分析,指出了设计转动角速度时应该规避的谐振频点。分别就往复转动、间断型转动、多轴转动等方式对于导航误差的抑制机理开展研究,推导了往复转动条件下导航误差的解析表达式,利用仿真手段分析了间断型转动对于导航误差的抑制效果。研究表明,合理的转动可以显著抑制器件误差和标定误差的影响。综合比较各种转动方式的优缺点,提出了转动方式的评价准则,为设计实际的转动抑制方案提供了理论指导。 (五)设计数学仿真模型,对理论推导的解析结果进行验证,证明了转动条件下导航误差解析表达式的正确性。转台实验和仿真分析均表明:在单轴转动条件下,绕方位轴的往复连续转动具有最优的误差抑制效果。针对某型水面舰船对于惯性导航定位的精度需求,设计采用连续往复转动抑制方案的原理样机,系泊和航行实验的结果表明,采用0.01°/h的激光捷联系统,8小时的定位误差为3海里。


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