基于卡尔曼滤波的惯导系统误差阻尼技术研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yumimiteresa
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目前,捷联式惯导系统越来越多的应用于实际导航任务中,同时随着中国日益强大,“辽宁舰”正式下海,舰船需要具备大海域、长时间的航行能力。这样使得舰船搭载的捷联惯导设备必须具有连续工作且精度高的导航能力。本文从抑制捷联式惯导系统误差的角度出发,提高系统性能,主要研究惯性导航初始精对准技术,以及在导航解算阶段的系统阻尼技术。(1)简述了捷联式惯导系统工作原理,详细分析了捷联式惯导系统误差方程,介绍了卡尔曼滤波器模型的建立,建立MATLAB仿真环境并通过仿真实验验证了初始对准误差对捷联式惯导系统的影响,以及导航阶段惯性元件误差给导航信息带来的误差。(2)细致地研究了捷联式惯导系统精对准方法,分别针对小失准角和方位大失准角下的初始对准进行了研究,推导了方位大失准角下的系统非线性误差方程。研究了标准卡尔曼和无迹卡尔曼滤波精对准方法,详细分析了两种情况下的对准原理,通过仿真比较两种方法在不同失准角下的精对准效果,确定复杂情况下最优的初始对准方案。(3)分析了基于卡尔曼滤波的水平姿态内阻尼方法,通过分析三轴加速度和姿态的数学关系,推导了水平姿态角的直接估计方法,并以此为基础建立卡尔曼滤波模型,对水平姿态误差进行修正来抑制舒勒周期振荡,并进行不同运动情况下的数字仿真。通过与传统内阻尼方案进行比较,验证此方案的正确性和对误差阻尼的有效性,并用实测数据进行离线分析,说明算法的实用性。(4 地研究了在外速度辅助下的卡尔曼滤波阻尼技术,分析两种不同的误差抑制技术。通过正确建立卡尔曼滤波方程,使用卡尔曼滤波最优估计值,对系统进行反馈校正。一种方案是对惯性元件误差的补偿,一种方案是对惯导系统姿态误差反馈修正,并进行多种环境下仿真验证,与传统外阻尼网络进行比较,验证算法的正确性。本文对不同失准角下的捷联式惯导系统的初始精对准方法进行了系统的分析,研究导航阶段的误差阻尼技术。通过仿真实验验证了基于卡尔曼滤波阻尼技术的性能,并采用光纤陀螺捷联式惯导系统的数据进行试验分析,验证算法的正确性与实用性。
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