捷聯(lián)慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)人機(jī)受起飛重量、成本、性能等因素制約，多采用基于MEMS的慣性導(dǎo)航設(shè)備，而MEMS慣性導(dǎo)航設(shè)備的快速、高精度初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是保證其可靠應(yīng)用的關(guān)鍵，本文研究了微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)MEMS-INS的初始對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了靜基座條件下的改進(jìn)Kalman精對(duì)準(zhǔn)濾波模型，并進(jìn)行了初始對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn);針對(duì)無(wú)人機(jī)艦載應(yīng)用條件下的傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，提出了一種速度加量測(cè)姿態(tài)四元數(shù)的快速傳遞對(duì)準(zhǔn)方法。
　　在微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)MEMS-INS的初始對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，由于MEMS

2、陀螺儀自身精度較低，需要融合其他輔助信息來(lái)提高初始對(duì)準(zhǔn)精度。本文利用MEMS慣性測(cè)量單元和MEMS磁強(qiáng)計(jì)信息，建立了MEMS-INS誤差模型，設(shè)計(jì)了基于信息融合的靜基座對(duì)準(zhǔn)Kalman濾波模型。采用Crossbow公司的AHRS440慣性測(cè)量系統(tǒng)作為慣性測(cè)量組件，通過(guò)編制接口程序?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)。根據(jù)AHRS440的數(shù)據(jù)協(xié)議對(duì)加速度、角速度和姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析存儲(chǔ)，以此作為對(duì)準(zhǔn)研究的原始數(shù)據(jù)。利用一定時(shí)間內(nèi)均值濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行粗對(duì)準(zhǔn);粗對(duì)準(zhǔn)完

3、成后，采用所設(shè)計(jì)的改進(jìn)Kalman濾波器完成精對(duì)準(zhǔn)，估計(jì)出了微慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的失準(zhǔn)角，驗(yàn)證了所提出方法的可行性。
　　針對(duì)無(wú)人機(jī)動(dòng)基座傳遞對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，在速度匹配和速度加姿態(tài)匹配傳遞對(duì)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種速度加量測(cè)姿態(tài)四元數(shù)匹配的快速傳遞對(duì)準(zhǔn)方法，建立了速度誤差微分方程和失準(zhǔn)角微分方程，并設(shè)計(jì)了誤差濾波模型。在此基礎(chǔ)上，對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的主要誤差（桿臂效應(yīng)誤差和撓曲變形誤差）產(chǎn)生原理及相應(yīng)補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究。對(duì)于桿臂效應(yīng)誤差，分別采

4、用濾波補(bǔ)償和計(jì)算補(bǔ)償兩種方法，較好地實(shí)現(xiàn)了桿臂效應(yīng)補(bǔ)償;對(duì)于撓曲變形誤差，采用二階Markov過(guò)程作為其誤差模型，并在已有狀態(tài)變量中加入撓曲相關(guān)變量，實(shí)現(xiàn)了撓曲變形補(bǔ)償?；贛atlab設(shè)計(jì)了傳遞對(duì)準(zhǔn)的仿真環(huán)境，對(duì)所提出的傳遞對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，本文提出的速度加量測(cè)姿態(tài)四元數(shù)匹配法的估計(jì)精度較好，能夠克服桿臂效應(yīng)誤差和撓曲變形誤差對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響。
　　本文完成了MEMS-INS初始對(duì)準(zhǔn)的半實(shí)物試驗(yàn)，試驗(yàn)取得