基于光纤陀螺仪的捷联惯性导航系统具有体积小、价格低、重量轻、可靠性高等一系列的优点,将在诸多应用领域逐渐取代平台式惯性导航系统,是近年来惯性技术的一个重要发展方向。本文在国防科技预研基金项目“捷联式惯性导航系统杆臂效应误差分析及抑制方法研究--应用H∞最优化理论减小杆臂干扰对动基座对准的影响”的资助下,以舰载捷联惯性导航系统为对象,运用了KaIman理论以及H<,∞>最优化理论,针对提高捷联惯性导航系统的精度、可靠性和系统性能的鲁棒性,以光纤陀螺系统的误差特性为基础,对舰载捷联惯性导航系统初始对准和导航信息解算等关键技术展开了研究。本学位论文所从事的主要研究内容和和反映的创新点有:1.舰载动基座初始对准特性分析论文首先针对舰载条件下由于舰船载体受风浪扰动所产生的振荡运动对初始对准的影响进行了分析,研究了动基座主、从惯导传递对准过程中杆臂效应和载体受风浪等影响所产生的变形弯曲对初始对准的影响,根据载体的结构变形的数学模型,提出了杆臂效应的补偿方法.同晾针对不同海况条件下船舶运动的任意性等特点,设计了通用的船用捷联惯性导航系统的仿真器,对船舶振荡运动条件下的捷联惯性传感器的输出特性进行仿真研究,完成了传递对准滤波器的驱动设计,用以验证对准滤波器性能的可靠性。 2.船舶振荡运动特性研究由于船舶专业与导航专业所研究的侧重点有所不同,对于导航专业而言,船舶运动的特性是影响惯导系统杆臂效应的重要因素,从一个新的角度研究多种海况条件下船舶振荡运动的特性,提出了根据船舶的响应幅值算子,分别对不同海域、不同气候条件、中等强度的海况情况下,船舶以不同速度、方向行驶的船舶振荡运动特性进行实时仿真,建立了相应的船舶振荡运动的时域数学模型。该仿真数据与实船试验数据的比较结果证实了船舶振荡时域数学模型的正确性,和该仿真方法的有效性。 3.杆臂效应特性研究论文较全面的分析了杆臂效应对初始对准所产生的影响。通过理论分析和仿真计算得出:当名义杆臂矢量与实际情况存在差异情况下,在对惯性传感器测量信号进行杆臂效应补偿时会导致误差的产生.提出了利用高精度的主惯导系统的惯性测量信号,采用最小二乘法对杆臂矢量进行实时估计的方法,并对该估计方法的实现条件和计算周期的选择进行了系统的分析,并以某型高精度光纤陀螺仪的信号模型为例,结合船舶振荡运动模型,通过仿真计算证明了上述估计方法的可行性。 4.舰载条件下导航算法的研究和误差分析在动基座、不同海况条件下惯性传感器输出信号仿真分析的基础上,完成了姿态、速度和位置等导航信息的算法研究.并对初始对准过程中传统的导航信息的简化解算方法对方向余弦矩阵求解造成的误差进行了分析。在对某型中精度光纤陀螺仪的误差建模和分析的基础上,讨论了载体运动特征和陀螺仪的噪声对导航信息解算结果的影响。 5.传递对准过程的杆臂效应研究在舰载动基座初始对准方案分析的基础上,主要研究了角速度匹l配和姿态/速度匹配两种传递对准方案,针对动基座主、从惯导传递对准的特点,对卡尔曼滤波器和H∞滤波器进行了比较研究,分析了杆臂效应对传递对准滤波器的影响.对于角速度匹配的传递对准方案,针对对准过程中只存在白噪声的情况,设计了角速度匹配的卡尔曼滤波器,仿真结果表明采用卡尔曼滤波器可以实现快速初始对准；而当存在未建模的挠性杆臂效应时,将会引起卡尔曼滤波器性能的下降,提出了使用卡尔曼滤波器对静态和动态失准角同时进行估计,仿真结果表明,在精确建模的基础上,采用卡尔曼滤波器可以较好的估计载体的弯曲角。 因H∞估计不但对噪声统计特性不敏感,且H∞滤波器对系统参数的不确定性也不敏感这一特性,确保H∞滤波器较快估计失准角、动态跟踪速度差值的同时,具有良好的鲁棒性。同时,尽管卡尔曼滤波器也能较快地估计失准角,但当系统由于存在名义杆臂矢量不准确所造成的有色噪声时,将导致卡尔曼滤波器性能的严重下降,甚至失效.在对比研究的基础上,提出了将H∞滤波器应用于姿态/速度匹配的传递对准方案,并通过仿真分析证明了该方案的有效性。 6.导航系统多传感器信息融合现代组合导航与制导系统通常配置了多种类型的导航设备,不同的传感器信号输出频率具有多样性,针对测量信号存在时间不确定性将导致卡尔曼滤波器失效的情况,在主、从惯导系统的测量信号存在时间延迟时,采用改进的卡尔曼滤波器,在时间上将测量信号对准后取得了较好的结果。以跟踪问题为例,研究了多传感器信息融合过程中的时间不确定性问题,用H∞滤波器方案解决测量融合方案的时间不确定性问题,对噪声有较好的抑制效果。