【摘要】：捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)現(xiàn)已是艦船導航領域中發(fā)展的主流方式,尤其是高精度器件的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)已被廣泛應用。而MEMS慣性器件憑借成本低廉、尺寸微小等優(yōu)勢,在慣導系統(tǒng)的發(fā)展中得到重視。但由于MEMS陀螺組件的精度較低,對導航系統(tǒng)的工作性能造成影響,尤其為初始對準帶來了很大難題,使得MEMS捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的發(fā)展受到較大限制�；诖�,本文深入研究了艦船上MEMS捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的初始對準技術。文章首先研究了在靜基座下運用磁強計輔助完成對準的方法:以磁強計計算航向角作為初始航向角,并作為精對準Kalman濾波的觀測量對解算信息進行輔助對準,最后通過仿真實驗結果可知此方案達到了對準精度要求,但這種方案也具有一定的局限性。為了提高初始對準方案在實際應用中的價值,文章提出了一種將雙軸旋轉技術應用在MEMS捷聯(lián)慣導中的初始對準方案,將零偏誤差進行調制,使其周期內的積分為零,從而消除部分器件誤差,提高初始對準精度。在磁強計輔助對準的方案中,粗對準共給出了3種捷聯(lián)矩陣的計算方法,包括一種利用磁強計直接計算航向角和兩種構造矢量矩陣間接求得捷聯(lián)矩陣。精對準選用在Kalman濾波的量測量中加入航向角誤差的方法,并對其進行仿真及真實數據的實驗驗證。分析實驗結果可知,磁強計輔助下的初始對準方案,水平姿態(tài)角對準誤差不超過5角分,航向角誤差小于1°。最后為測試磁強計的抗干擾能力,使用受鐵塊影響的磁強計數據算得航向角誤差漂移較大,驗證了磁強計輸出易受環(huán)境影響的特點,為下文基于雙軸旋轉的自主對準方案的設計做鋪墊。針對MEMS慣性器件精度較低的特點,本文首先從旋轉次序、旋轉速度及轉停時間三個因素出發(fā)對雙軸旋轉方案進行設計,并對確定的雙軸旋轉做出誤差分析,驗證其旋轉調制效果。然后在此雙軸旋轉條件下設計了一套雙軸旋轉的方案:粗對準將羅經對法簡化,省略其再對準的過程,直接對載體的姿態(tài)角進行估算;之后對系統(tǒng)進行可觀測性分析,選出最佳狀態(tài)變量,使用Kalman濾波和一種改進的Saga-Husa自適應濾波進行精對準。通過仿真實驗驗證,兩種濾波方法均達到了理想的對準精度。本文最后為測試在實際工作狀態(tài)下初始對準方案的性能,設計了磁強計輔助的半物理仿真實驗和雙軸旋轉的轉臺實驗。通過對實驗數據進行仿真驗證,證明了這兩種初始對準方案的實用性。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U674.7
【圖文】：

導系統(tǒng)進行了旋轉調制。如圖 1.2 所示，北航學者將 MEMS 陀螺器件的零偏穩(wěn)定性為 30°/h，加速度計為 1.58″。經過實驗可得靜基座下誤差不超過 0.5其次，如圖 1.3 所示，浙大學者也使 MEMS 航姿系儀的零偏穩(wěn)定性為 15°/h，加速度計的零偏為 0.005g實驗可得靜基座下誤差小于 1°，動基座下誤差小于在項目中也使用單軸旋轉方式調制非轉軸方向的器差進行補償。方案來看，實驗中在使用旋轉裝置的基礎上也運用旋轉裝置為單軸旋轉系統(tǒng)，沒有達到獨立導航的目的效果，而航向角的對準精度則沒有在實驗結果系統(tǒng)自主對準方向中，還沒有實際有效的方案被提出

來看，實驗中在使用旋轉裝置的基礎上也裝置為單軸旋轉系統(tǒng)，沒有達到獨立導航果，而航向角的對準精度則沒有在實驗主對準方向中，還沒有實際有效的方案被 北京航空航天大學 MEMS 旋轉調制型航姿系統(tǒng)

2.1 e系、i 系、t 系和n系間的關系圖標系被創(chuàng)建的過程可以發(fā)現(xiàn)，不同坐關聯(lián)性，坐標系間不是完全相互孤立分析時，經常會用到不同坐標系，而捷聯(lián)慣導的目的[30]。而空間任意兩坐又可以通過旋轉不同坐標軸得到。 2.2 所示：ψψO''nz'ny''( )b ny ybz ( )'n nz z

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本文編號：2806203