本文關(guān)鍵詞：高精度捷聯(lián)慣性系統(tǒng)誤差分析和仿真驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展,導(dǎo)航定位技術(shù)在各個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。捷聯(lián)慣性技術(shù)(Strapdown Inertial Navigation)憑借結(jié)構(gòu)簡單、短時精度高、完全自主等優(yōu)勢,成為現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)中不可或缺的一部分。為了增強捷聯(lián)慣性系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System, SINS)在復(fù)雜環(huán)境下的性能、進一步提升其長期穩(wěn)定性,對SINS進行全面的誤差分析必不可少。本文針對SINS的圓錐誤差、器件誤差、非線性誤差模型等問題進行討論,旨在為SINS誤差分析與實驗仿真提供理論基礎(chǔ)。SINS用“數(shù)字平臺”取代機械平臺,其姿態(tài)解算精度是保證系統(tǒng)精度最為重要的一環(huán),然而在圓錐運動、短時大機動等復(fù)雜運動中,姿態(tài)解算算法固有的“不可交換誤差”會使“數(shù)學(xué)平臺”發(fā)生偏移,嚴(yán)重影響系統(tǒng)精度�！癗+p”子樣算法是一種基于頻域泰勒展開的圓錐補償算法,該算法利用之前姿態(tài)更新周期與本周期的陀螺儀采樣進行圓錐補償。通過仿真實驗我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)子樣數(shù)超過四子樣時,“N+p”算法的性能已經(jīng)不能提高,甚至有所下降,這與該算法的預(yù)計不符。同時“N+p”算法在推導(dǎo)過程中并未考慮周期分量對圓錐誤差的影響,算法仍存在改進的余地。本文針對“N+p”子樣圓錐優(yōu)化算法,深入研究了該算法的圓錐誤差補償精度,給出新的“極限精度”表達式代替原有殘差估計公式。更進一步,為了突破“N+p”算法的極限精度,本文對圓錐誤差的周期分量進行了研究,以“N+p”算法為基礎(chǔ),提出了一種基于圓錐周期分量補償?shù)母倪M“N+p”算法。實驗表明：對于中低頻段(20Hz以下)的圓錐振動,使用改進“N+p”算法能明顯提高圓錐補償精度。SINS系統(tǒng)的誤差源可以歸結(jié)為三類：傳感器量測誤差、空間不對準(zhǔn)、時間不同步。在中低精度的工程應(yīng)用中,量測誤差造成的精度損失往往遠(yuǎn)大于其他誤差,但是在高精度應(yīng)用領(lǐng)域,空間不對準(zhǔn)與時間不同步造成的誤差卻不可忽視,在振動、大機動等復(fù)雜環(huán)境下,它們引起的誤差甚至超過了量測誤差。本文從SINS誤差源的分類入手,對位置桿臂與“尺寸效應(yīng)”在不同機動狀態(tài)下的傳播特性進行了研究；對振動環(huán)境下,抖動偏頻激光陀螺整周期采樣誤差進行了分析與仿真驗證；對加表整體延遲誤差進行了詳細(xì)分析；最后本文進行了仿真實驗,針對量測誤差、不正交誤差、位置桿臂、“尺寸效應(yīng)”等誤差源及其耦合作用對系統(tǒng)誤差的影響進行了研究。傳統(tǒng)SINS誤差方程以導(dǎo)航微分方程為基礎(chǔ),通過泰勒展開等方法,忽略方程中一階以上的誤差項,得到近似的一階線性方程,在方程中誤差耦合項被省略,導(dǎo)航誤差表現(xiàn)為簡單的線性疊加。在高頻振動、大機動、瞬時沖擊等復(fù)雜環(huán)境下,這種一階誤差方程往往難以準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的誤差傳播特性。本文從導(dǎo)航微分方程入手,研究并建立了SINS非線性誤差方程,并結(jié)合UKF濾波算法,給出了一種二階精度的組合系統(tǒng)誤差分析方法。在工程應(yīng)用與理論研究中,進行數(shù)字仿真是必不可少的環(huán)節(jié)。本文在介紹WinForns、GDI+、三維可視化等軟件開發(fā)方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合軌跡反演算法與SINS算法設(shè)計了SINS仿真平臺,為后續(xù)的研究工作提供了堅實的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：圓錐優(yōu)化 周期分量優(yōu)化 空間不對準(zhǔn) 時間不對準(zhǔn) 非線性誤差模型 數(shù)字仿真
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN96
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 研究背景、目的與意義11-12
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究概述12-13
• 1.2.1 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航簡介12
• 1.2.2 圓錐優(yōu)化算法簡介12-13
• 1.2.3 捷聯(lián)系統(tǒng)誤差分析簡介13
• 1.3 論文的主要內(nèi)容13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第二章 捷聯(lián)慣性系統(tǒng)基本原理與算法編排15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 坐標(biāo)系與坐標(biāo)變換15-19
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義15-16
• 2.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換16-19
• 2.3 捷聯(lián)慣性系統(tǒng)算法編排19-28
• 2.3.1 捷聯(lián)慣性算法微分方程組19-20
• 2.3.2 姿態(tài)解算20-23
• 2.3.3 速度解算23-25
• 2.3.4 位置解算25-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 圓錐優(yōu)化算法及其精度分析29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 圓錐運動29-32
• 3.2.1 經(jīng)典圓錐運動29-30
• 3.2.2 姿態(tài)解算中的不可交換誤差30-31
• 3.2.3 圓錐誤差數(shù)學(xué)表達31-32
• 3.3 “N+p”子樣圓錐優(yōu)化算法32-34
• 3.4 “N+p”子樣算法的精度分析34-37
• 3.5 基于周期分量補償?shù)母倪M“N+p”子樣算法37-41
• 3.5.1 周期分量對圓錐誤差的影響38-39
• 3.5.2 考慮周期分量的補償結(jié)構(gòu)39-40
• 3.5.3 考慮周期分量的優(yōu)化系數(shù)求解40-41
• 3.6 仿真驗證41-45
• 3.7 本章小結(jié)45-47
• 第四章 捷聯(lián)慣性系統(tǒng)誤差分析47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 SINS系統(tǒng)的誤差源47
• 4.3 量測誤差47-48
• 4.3.1 光學(xué)陀螺儀量測誤差47-48
• 4.3.2 加速度計量測誤差48
• 4.4 安裝誤差與刻度系數(shù)誤差48-49
• 4.4.1 安裝誤差48-49
• 4.4.2 刻度系數(shù)誤差49
• 4.5 桿臂效應(yīng)49-53
• 4.5.1 桿臂效應(yīng)的產(chǎn)生機理49-51
• 4.5.2 角機動環(huán)境下桿臂誤差的傳播特性51-53
• 4.5.3 桿臂誤差的數(shù)學(xué)模型53
• 4.6 時鐘不對準(zhǔn)誤差53-57
• 4.6.1 抖動偏頻陀螺整周期采樣54-56
• 4.6.2 加速度計延遲56-57
• 4.7 仿真驗證57-60
• 4.7.1 SINS多源誤差分析57-58
• 4.7.2 SINS多源耦合誤差分析58-60
• 4.8 本章小結(jié)60-61
• 第五章 SINS的誤差模型和參數(shù)估計61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 非線性姿態(tài)誤差方程61-63
• 5.3 非線性速度、位置誤差方程63-65
• 5.3.1 非線性速度誤差方程63-64
• 5.3.2 非線性位置誤差方程64-65
• 5.4 無跡卡爾曼濾波65-67
• 5.4.1 UT變換65-66
• 5.4.2 UKF算法66-67
• 5.5 仿真驗證67-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 第六章 捷聯(lián)慣性仿真平臺設(shè)計71-81
• 6.1 引言71
• 6.2 仿真平臺總體設(shè)計方案71-73
• 6.2.1 仿真系統(tǒng)的模塊劃分71-72
• 6.2.2 仿真平臺的需求分析72-73
• 6.3 軌跡反演算法73-76
• 6.3.1 航跡微分方程組73-74
• 6.3.2 機動狀態(tài)74-75
• 6.3.3 Bezier曲線75-76
• 6.4 用戶界面與可視化76-79
• 6.4.1 WinForm GUI設(shè)計76-78
• 6.4.2 Flight Gear模塊78-79
• 6.5 本章小結(jié)79-81
• 第七章 總結(jié)與展望81-83
• 7.1 總結(jié)81-82
• 7.2 展望82-83
• 致謝83-85
• 參考文獻85-91
• 攻讀碩士期間取得的科研成果91

【參考文獻】

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本文編號：287554