捷联惯性导航系统综合校正技术研究

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捷联式惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)可简称为捷联惯导系统,其所有的惯性器件(陀螺仪和加速度计)直接装载在运载体上,并不如平台式惯导系统那样存在物理平台使得惯性器件与载体角运动相隔离。捷联惯导系统与其相比仅是实现的方式不同,其基本原理并无二致,因此在惯性导航系统(Inertial Navigaton System,简称INS)中由于惯性器件误差导致的惯导系统输出的导航参数信息出现随时间逐渐增长的问题在捷联惯性导航系统中也依然存在。在系统长时运行过程中,为得到高精度的导航输出信息,需要对惯性器件主要是陀螺仪的误差进行测定并且对其加以修正,同时对导航参数如位置信息、速度信息和方位信息进行重调。一般情况下,通常将上述描述称之为综合校正技术,本文即是研究捷联惯性导航系统的综合校正技术。  本文首先在捷联惯导系统原理的基础上对其主要误差进行建模,随后对其进行分析指出惯性器件误差是其最主要的误差源,并且通过定性及仿真分析可知其中的陀螺漂移所造成的导航输出信息误差远远大于加速度计所造成的。在以上基础上,本文提出了一种有别于传统综合校正(借助位置信息或者位置及方位信息)的方法,即基于速度信息辅助的综合校正方法。此方法借助?角误差模型,建立平台漂移角与速度误差及陀螺漂移三者之间的关系,利用速度误差信息估算陀螺漂移,同时利用方位误差与航向间的关系确立速度误差与航向误差的关系式,之后修正陀螺漂移的同时对系统导航参数进行重调。  为了得到精度更高的捷联惯导系统,在考虑陀螺随机漂移及外参考信息误差干扰的情况下,研究了基于kalman滤波的综合校正方法。在扩展kalman滤波基础上根据捷联惯导误差模型以平台漂移角和陀螺漂移为状态量,以位置误差为量测量建立状态及量测方程,滤波估计系统误差并进行修正。针对外速度存在误差干扰的问题,分析并建立了多普勒测速系统的测速误差模型,结合捷联惯导系统的误差模型建立状态及量测方程,通过对滤波校正的分析及仿真研究得出混合校正的方式更为精确。
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