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(yàn)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(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,導(dǎo)航定位技術(shù)在各個(gè)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(jiǎn)單、短時(shí)精度高、完全自主等優(yōu)勢(shì),成為現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)中不可或缺的一部分。為了增強(qiáng)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(jìn)一步提升其長(zhǎng)期穩(wěn)定性,對(duì)SINS進(jìn)行全面的誤差分析必不可少。本文針對(duì)SINS的圓錐誤差、器件誤差、非線性誤差模型等問(wèn)題進(jìn)行討論,旨在為SINS誤差分析與實(shí)驗(yàn)仿真提供理論基礎(chǔ)。SINS用“數(shù)字平臺(tái)”取代機(jī)械平臺(tái),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(yùn)動(dòng)、短時(shí)大機(jī)動(dòng)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)中,姿態(tài)解算算法固有的“不可交換誤差”會(huì)使“數(shù)學(xué)平臺(tái)”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(kāi)的圓錐補(bǔ)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(jìn)行圓錐補(bǔ)償。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)子樣數(shù)超過(guò)四子樣時(shí),“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(jì)不符。同時(shí)“N+p”算法在推導(dǎo)過(guò)程中并未考慮周期分量對(duì)圓錐誤差的影響,算法仍存在改進(jìn)的余地。本文針對(duì)“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(bǔ)償精度,給出新的“極限精度”表達(dá)式代替原有殘差估計(jì)公式。更進(jìn)一步,為了突破“N+p”算法的極限精度,本文對(duì)圓錐誤差的周期分量進(jìn)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(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)“N+p”算法。實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于中低頻段(20Hz以下)的圓錐振動(dòng),使用改進(jìn)“N+p”算法能明顯提高圓錐補(bǔ)償精度。SINS系統(tǒng)的誤差源可以歸結(jié)為三類：傳感器量測(cè)誤差、空間不對(duì)準(zhǔn)、時(shí)間不同步。在中低精度的工程應(yīng)用中,量測(cè)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(duì)準(zhǔn)與時(shí)間不同步造成的誤差卻不可忽視,在振動(dòng)、大機(jī)動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境下,它們引起的誤差甚至超過(guò)了量測(cè)誤差。本文從SINS誤差源的分類入手,對(duì)位置桿臂與“尺寸效應(yīng)”在不同機(jī)動(dòng)狀態(tài)下的傳播特性進(jìn)行了研究；對(duì)振動(dòng)環(huán)境下,抖動(dòng)偏頻激光陀螺整周期采樣誤差進(jìn)行了分析與仿真驗(yàn)證；對(duì)加表整體延遲誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析；最后本文進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),針對(duì)量測(cè)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(duì)系統(tǒng)誤差的影響進(jìn)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(guò)泰勒展開(kāi)等方法,忽略方程中一階以上的誤差項(xiàng),得到近似的一階線性方程,在方程中誤差耦合項(xiàng)被省略,導(dǎo)航誤差表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的線性疊加。在高頻振動(dòng)、大機(jī)動(dòng)、瞬時(shí)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(jìn)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(kāi)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(jì)了SINS仿真平臺(tái),為后續(xù)的研究工作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：圓錐優(yōu)化 周期分量?jī)?yōu)化 空間不對(duì)準(zhǔn) 時(shí)間不對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jiǎn)介12
• 1.2.2 圓錐優(yōu)化算法簡(jiǎn)介12-13
• 1.2.3 捷聯(lián)系統(tǒng)誤差分析簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)29-32
• 3.2.1 經(jīng)典圓錐運(yùn)動(dòng)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(dá)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(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)“N+p”子樣算法37-41
• 3.5.1 周期分量對(duì)圓錐誤差的影響38-39
• 3.5.2 考慮周期分量的補(bǔ)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(yàn)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(cè)誤差47-48
• 4.3.1 光學(xué)陀螺儀量測(cè)誤差47-48
• 4.3.2 加速度計(jì)量測(cè)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(jī)理49-51
• 4.5.2 角機(jī)動(dòng)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(shí)鐘不對(duì)準(zhǔn)誤差53-57
• 4.6.1 抖動(dòng)偏頻陀螺整周期采樣54-56
• 4.6.2 加速度計(jì)延遲56-57
• 4.7 仿真驗(yàn)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(jì)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(wú)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(yàn)證67-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 第六章 捷聯(lián)慣性仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)71-81
• 6.1 引言71
• 6.2 仿真平臺(tái)總體設(shè)計(jì)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(tái)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(jī)動(dòng)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(jì)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(xiàn)85-91
• 攻讀碩士期間取得的科研成果91

【參考文獻(xiàn)】

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  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(yàn)證，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：287554