高動(dòng)態(tài)環(huán)境捷聯(lián)慣導(dǎo)算法研究.pdf

1、本課題從提高捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)與速度輸出精度的實(shí)際需求出發(fā)，分析了高動(dòng)態(tài)環(huán)境下算法誤差的產(chǎn)生機(jī)理，針對(duì)載體機(jī)動(dòng)對(duì)姿態(tài)、速度計(jì)算的影響，設(shè)計(jì)了高性能的捷聯(lián)算法。并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)展開深入的研究。論文的主要工作有： 首先分析了高動(dòng)態(tài)環(huán)境下姿態(tài)算法的誤差源，包括：陀螺的頻帶寬度限制、陀螺安裝誤差、陀螺采樣不同步、陀螺的量化誤差和陀螺標(biāo)度因數(shù)誤差。給出了它們與陀螺測(cè)量角速度誤差的關(guān)系式。從慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差傳播方程入手，推導(dǎo)出上述陀螺器件誤差

2、引入的姿態(tài)誤差整流分量表達(dá)式。全面而系統(tǒng)得闡述了高動(dòng)態(tài)環(huán)境下姿態(tài)誤差的產(chǎn)生機(jī)理。 論述了經(jīng)典圓錐運(yùn)動(dòng)不同表述方式的一致性。由經(jīng)典圓錐運(yùn)動(dòng)引申出偽圓錐運(yùn)動(dòng)。以機(jī)抖激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為例，研究了機(jī)械抖動(dòng)偏頻引入偽圓錐運(yùn)動(dòng)，推導(dǎo)出偽圓錐誤差的表達(dá)式。分析了偽圓錐誤差的起因、影響因素，研究了圓錐補(bǔ)償算法在偽圓錐運(yùn)動(dòng)中的適用性。從姿態(tài)計(jì)算誤差最小化的角度，提出了機(jī)械抖動(dòng)頻率的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器去除抖動(dòng)信號(hào)噪聲。分析結(jié)果表明：圓錐

3、補(bǔ)償算法的使用增加了偽圓錐運(yùn)動(dòng)造成的偽圓錐誤差。合理設(shè)置抖動(dòng)頻率，結(jié)合低通數(shù)字濾波方案可以有效避免偽圓錐運(yùn)動(dòng)對(duì)于姿態(tài)計(jì)算的影響。 證明了在典型圓錐運(yùn)動(dòng)中優(yōu)化的姿態(tài)算法在載體其它機(jī)動(dòng)環(huán)境中具有普遍適用性。提出了評(píng)價(jià)姿態(tài)算法的精度準(zhǔn)則，并推導(dǎo)出采用四階龍格庫塔積分的四元數(shù)算法在典型圓錐環(huán)境中的算法誤差。設(shè)計(jì)了角速度為輸入的圓錐補(bǔ)償算法，應(yīng)用于陀螺輸出為角速度的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，有效地提高了姿態(tài)精度。設(shè)計(jì)了陀螺濾波信號(hào)作為輸入的圓錐補(bǔ)償算

4、法，應(yīng)用于機(jī)抖激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，避免了濾波信號(hào)畸變對(duì)姿態(tài)計(jì)算的影響，保證了系統(tǒng)的姿態(tài)輸出精度。 證明了在典型劃船運(yùn)動(dòng)下優(yōu)化算法在載體其它機(jī)動(dòng)環(huán)境中具有普遍適用 性。根據(jù)線性微分方程的疊加定理，在兩時(shí)間尺度上對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)方程進(jìn)行分析，重新編排了捷聯(lián)速度算法。應(yīng)用一種新的劃船補(bǔ)償算法應(yīng)對(duì)比力轉(zhuǎn)換過程中比力矢量的改變。分析結(jié)果表明：該算法與傳統(tǒng)四子樣速度算法精度近似，且具有數(shù)字離散形式，更適合在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)上使用。