本文關(guān)鍵詞：磁羅盤和陀螺組合定向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：組合導(dǎo)航系統(tǒng)將多種導(dǎo)航方式組合在一起,使其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),從而有效地提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性�，F(xiàn)在組合導(dǎo)航系統(tǒng)已在民用和軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,成為當(dāng)代最主要的導(dǎo)航方式。組合導(dǎo)航系統(tǒng)中各子系統(tǒng)誤差的校正補(bǔ)償以及故障的檢測(cè)識(shí)別作為其關(guān)鍵技術(shù),是提高組合系統(tǒng)精度和可靠性的重要保障。本研究課題的主要目的就是對(duì)磁羅盤和陀螺組合定向系統(tǒng)中的這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),對(duì)磁羅盤航向誤差和陀螺零偏進(jìn)行分析補(bǔ)償,并對(duì)組合系統(tǒng)常見故障進(jìn)行分類檢測(cè)識(shí)別,從而提高組合系統(tǒng)航向測(cè)量的精度和可靠性。圍繞上述工作,本文的創(chuàng)新工作主要包括以下幾個(gè)方面：1)對(duì)常用的磁羅盤航向誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)磁羅盤航向誤差補(bǔ)償在室外不易實(shí)現(xiàn)以及周圍磁場(chǎng)環(huán)境變化對(duì)補(bǔ)償效果有較大影響的問(wèn)題,提出了一種利用MEMS陀螺輔助磁羅盤進(jìn)行航向誤差自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)姆椒�。根�?jù)磁羅盤航向誤差模型,以模型參數(shù)為狀態(tài)量,建立卡爾曼濾波方程,從而估計(jì)出適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的模型參數(shù),使磁羅盤航向誤差補(bǔ)償可以根據(jù)環(huán)境的變化而變化,提高其環(huán)境適應(yīng)性。觀測(cè)量使用五個(gè)常規(guī)觀測(cè)量和兩個(gè)機(jī)動(dòng)觀測(cè)量,提高計(jì)算模型參數(shù)時(shí)當(dāng)前航向的權(quán)值,使當(dāng)前方向的航向補(bǔ)償精度要明顯高于其他方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在干擾磁場(chǎng)較強(qiáng)且人為改變干擾磁場(chǎng)的情況下,最大航向誤差為14.5°,經(jīng)過(guò)自適應(yīng)補(bǔ)償后降至±0.2°以內(nèi)。2)對(duì)常用的MEMS陀螺零偏誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行改進(jìn)。MEMS陀螺的零點(diǎn)與環(huán)境和供電電壓等因素呈復(fù)雜的非線性關(guān)系,對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定需要復(fù)雜的模型和大量的時(shí)間成本,且不能保證其在整個(gè)溫度范圍都保持高精度,所以本文提出了一種MEMS陀螺零偏自適應(yīng)估計(jì)補(bǔ)償方法。該方法以簡(jiǎn)化的零偏模型為基礎(chǔ),在對(duì)觀測(cè)量中的誤差做相應(yīng)的處理后,使用強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波法估計(jì)出最適合當(dāng)前環(huán)境的參數(shù),即可利用最簡(jiǎn)化的模型和估計(jì)出的最優(yōu)參數(shù)對(duì)MEMS陀螺零偏進(jìn)行精確補(bǔ)償。在靜態(tài)溫度實(shí)驗(yàn)中航向誤差低于0.6°,在室外動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中航向誤差保持在±1°之間,表現(xiàn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的卡爾曼濾波法和多元線性回歸法。由此表明該方法可以有效地減少M(fèi)EMS陀螺使用前的準(zhǔn)備工作量,降低成本,并增強(qiáng)其環(huán)境適應(yīng)性,提高角速率測(cè)量精度。3)對(duì)常用的磁羅盤和陀螺組合系統(tǒng)故障檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)。磁羅盤和陀螺組合定向系統(tǒng)不僅需要高測(cè)量精度而且需要高可靠性,但是磁羅盤的航向測(cè)量精度易受到周圍干擾磁場(chǎng)的影響,MEMS陀螺零點(diǎn)易受環(huán)境因素尤其是溫度的影響,從而影響組合系統(tǒng)的可靠性。本文將磁羅盤和MEMS陀螺組合定向系統(tǒng)的常見故障分為四類：然后根據(jù)各故障特性,對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?提取出相應(yīng)的故障檢測(cè)量,對(duì)故障源進(jìn)行識(shí)別：并且使用預(yù)警模式減小檢測(cè)到故障的延遲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此算法可以有效地檢測(cè)到0.05°/s的零偏故障、0.006°/s/s的速率斜坡故障以及兩種磁干擾故障,在檢測(cè)精度和檢測(cè)及時(shí)性上的表現(xiàn)都明顯優(yōu)于狀態(tài)χ2檢驗(yàn)法和殘差χ2檢驗(yàn)法。由此可見該方法提高了故障檢測(cè)精度,可以準(zhǔn)確地找到故障源,從而采取相應(yīng)措施減少故障影響,提高有用信息的利用率和系統(tǒng)的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN967.2

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 郝振海;楊新勇;黃圣國(guó);;基于差分磁羅盤的動(dòng)態(tài)干擾識(shí)別技術(shù)[J];西南交通大學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

2 楊功流;李士心;姜朝宇;;地磁輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2007年01期

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本文編號(hào)：1278486