【摘要】：捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)現(xiàn)已是艦船導(dǎo)航領(lǐng)域中發(fā)展的主流方式,尤其是高精度器件的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用。而MEMS慣性器件憑借成本低廉、尺寸微小等優(yōu)勢(shì),在慣導(dǎo)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(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的工作性能造成影響,尤其為初始對(duì)準(zhǔn)帶來(lái)了很大難題,使得MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展受到較大限制。基于此,本文深入研究了艦船上MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。文章首先研究了在靜基座下運(yùn)用磁強(qiáng)計(jì)輔助完成對(duì)準(zhǔn)的方法:以磁強(qiáng)計(jì)計(jì)算航向角作為初始航向角,并作為精對(duì)準(zhǔn)Kalman濾波的觀(guān)測(cè)量對(duì)解算信息進(jìn)行輔助對(duì)準(zhǔn),最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知此方案達(dá)到了對(duì)準(zhǔn)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(duì)準(zhǔn)方案在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值,文章提出了一種將雙軸旋轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)用在MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)中的初始對(duì)準(zhǔn)方案,將零偏誤差進(jìn)行調(diào)制,使其周期內(nèi)的積分為零,從而消除部分器件誤差,提高初始對(duì)準(zhǔn)精度。在磁強(qiáng)計(jì)輔助對(duì)準(zhǔn)的方案中,粗對(duì)準(zhǔn)共給出了3種捷聯(lián)矩陣的計(jì)算方法,包括一種利用磁強(qiáng)計(jì)直接計(jì)算航向角和兩種構(gòu)造矢量矩陣間接求得捷聯(lián)矩陣。精對(duì)準(zhǔn)選用在Kalman濾波的量測(cè)量中加入航向角誤差的方法,并對(duì)其進(jìn)行仿真及真實(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,磁強(qiáng)計(jì)輔助下的初始對(duì)準(zhǔn)方案,水平姿態(tài)角對(duì)準(zhǔn)誤差不超過(guò)5角分,航向角誤差小于1°。最后為測(cè)試磁強(qiáng)計(jì)的抗干擾能力,使用受鐵塊影響的磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)算得航向角誤差漂移較大,驗(yàn)證了磁強(qiáng)計(jì)輸出易受環(huán)境影響的特點(diǎn),為下文基于雙軸旋轉(zhuǎn)的自主對(duì)準(zhǔn)方案的設(shè)計(jì)做鋪墊。針對(duì)MEMS慣性器件精度較低的特點(diǎn),本文首先從旋轉(zhuǎn)次序、旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)停時(shí)間三個(gè)因素出發(fā)對(duì)雙軸旋轉(zhuǎn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)確定的雙軸旋轉(zhuǎn)做出誤差分析,驗(yàn)證其旋轉(zhuǎn)調(diào)制效果。然后在此雙軸旋轉(zhuǎn)條件下設(shè)計(jì)了一套雙軸旋轉(zhuǎn)的方案:粗對(duì)準(zhǔn)將羅經(jīng)對(duì)法簡(jiǎn)化,省略其再對(duì)準(zhǔn)的過(guò)程,直接對(duì)載體的姿態(tài)角進(jìn)行估算;之后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可觀(guān)測(cè)性分析,選出最佳狀態(tài)變量,使用Kalman濾波和一種改進(jìn)的Saga-Husa自適應(yīng)濾波進(jìn)行精對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,兩種濾波方法均達(dá)到了理想的對(duì)準(zhǔn)精度。本文最后為測(cè)試在實(shí)際工作狀態(tài)下初始對(duì)準(zhǔn)方案的性能,設(shè)計(jì)了磁強(qiáng)計(jì)輔助的半物理仿真實(shí)驗(yàn)和雙軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證,證明了這兩種初始對(duì)準(zhǔn)方案的實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U674.7
【圖文】：

導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)調(diào)制。如圖 1.2 所示，北航學(xué)者將 MEMS 陀螺器件的零偏穩(wěn)定性為 30°/h，加速度計(jì)為 1.58″。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可得靜基座下誤差不超過(guò) 0.5其次，如圖 1.3 所示，浙大學(xué)者也使 MEMS 航姿系儀的零偏穩(wěn)定性為 15°/h，加速度計(jì)的零偏為 0.005g實(shí)驗(yàn)可得靜基座下誤差小于 1°，動(dòng)基座下誤差小于在項(xiàng)目中也使用單軸旋轉(zhuǎn)方式調(diào)制非轉(zhuǎn)軸方向的器差進(jìn)行補(bǔ)償。方案來(lái)看，實(shí)驗(yàn)中在使用旋轉(zhuǎn)裝置的基礎(chǔ)上也運(yùn)用旋轉(zhuǎn)裝置為單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，沒(méi)有達(dá)到獨(dú)立導(dǎo)航的目的效果，而航向角的對(duì)準(zhǔn)精度則沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)自主對(duì)準(zhǔn)方向中，還沒(méi)有實(shí)際有效的方案被提出

來(lái)看，實(shí)驗(yàn)中在使用旋轉(zhuǎn)裝置的基礎(chǔ)上也裝置為單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，沒(méi)有達(dá)到獨(dú)立導(dǎo)航果，而航向角的對(duì)準(zhǔn)精度則沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)主對(duì)準(zhǔn)方向中，還沒(méi)有實(shí)際有效的方案被 北京航空航天大學(xué) MEMS 旋轉(zhuǎn)調(diào)制型航姿系統(tǒng)

2.1 e系、i 系、t 系和n系間的關(guān)系圖標(biāo)系被創(chuàng)建的過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，不同坐關(guān)聯(lián)性，坐標(biāo)系間不是完全相互孤立分析時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到不同坐標(biāo)系，而捷聯(lián)慣導(dǎo)的目的[30]。而空間任意兩坐又可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)不同坐標(biāo)軸得到。 2.2 所示：ψψO''nz'ny''( )b ny ybz ( )'n nz z

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本文編號(hào)：2806203