捷联惯性导航系统行进间精度保持技术研究

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快速性、准确性和可靠性一直是武器研制过程中相互影响的技术难点,需要均衡考虑三者影响后,合理设计出系统的各项性能指标。研究军用车载导航技术时,提高系统的快速性可以体现为让载体在技术阵地完成初始对准的全部过程,在转场的过程中只需保持系统的精度、保证系统误差在允许的范围内,即可让载体到达发射阵地后无需再花费时间进行对准,符合快速性的设计原则,有助于增加武器作战时整体的生存能力。本文主要使用捷联惯性导航结合其他技术来解决在行进过程中受多方面影响面临的精度降低、误差累积等问题。捷联惯性导航(SINS)因自主性高等特点成为了国防军事中的重要导航方式,是热门的导航研究内容之一。随着现代军事发展,为满足车载导航系统高精度和高可靠性的要求,研究人员提出了基于SINS新一代组合型导航的研究方向,使用多种导航技术相互配合能够最大程度地体现各自优点,提供精度更高的导航信息。本文使用轨迹发生器获得规划的轨迹信息,模拟载车行进间转场过程,进行SINS导航仿真实验,结果表明该算法处理的系统导航精度高,满足闭环原则;引入各项误差后系统误差随时间迅速增加、误差曲线发散严重,难以保持行进间的精度。本文基于SINS导航技术研究了组合导航精度保持系统的方案并设计其构成模块,分别选取SINS+GPS结合模式,建立相关速度、位置等多种类型的误差模型,并考虑了杆臂误差,增加了实际工程应用的可行性;选取SINS+里程计(OD)结合模式,在原基础上另外添加了安装误差及里程计刻度系数误差,构造成为综合误差模型。根据系统的误差方程结构,选取卡尔曼滤波方法对误差数据处理,选择多种状态量和观测量进行滤波更新,然后每隔一段时间采用速度和位置反馈的方式对SINS导航信息实时修正。此结构可提高系统精度并且增加系统能实时反馈的特性。结果表明最优估计的系统误差符合行进间精度保持的技术要求,增加了系统的适应性。为了提高系统可靠性、增加系统容错能力,基于联邦滤波算法、信息融合技术等理论,综合构建了SINS+GPS+OD组合导航,设计出无重置联邦滤波结构的主子滤波器并分析了具体估计算法。仿真表明此算法有效,虽然组合滤波后的次优估计结果稍差于子滤波器的最优估计结果,但系统误差仍在许可范围内,提高容错性的同时可以起到行进间系统的保持精度的作用。
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