激光陀螺捷联惯导系统在线估计技术研究

来源 :中国航天第二研究院 航天科工集团第二研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghostlei
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捷联惯导系统自身并不具有旋转机构,在标定时通常需要将惯导拆卸下来,然后借助于转台进行标定。由于需要拆装而使得整个标定过程变得繁琐,不利于维护。因此,对于车载系统而言,就要求其捷联惯导最好在不拆装的条件下进行标定,此时传统的标定方法受到限制,为满足这种需求,本文研究了捷联惯导的在线估计技术,主要用于解决车载条件下捷联惯导的不拆装标定问题,论文的主要内容有:  1、介绍了在线估计技术所需要的相关算法,包括捷联惯导系统的初始对准、导航解算以及自适应卡尔曼滤波算法。采用线性变换的方法分析了捷联惯导在静态条件下部分误差不可分离和不可观测的原因,并在此基础上对精对准滤波器进行了改进,使得新的滤波器可以更好的估计姿态误差。  2、设计了在线估计的卡尔曼滤波器,滤波器一共21维,考虑误差主要有捷联惯导系统的系统误差包括速度误差、姿态误差和位置误差以及惯性器件的误差参数包括陀螺的常值漂移和标度因数误差、加表的零偏和标度因数误差等12个误差参数。量测状态为捷联惯导系统的速度误差和位置误差。  3、应用解析法对误差状态进行了可观测性分析,得出了载车在单一运动和组合运动条件下误差状态的可观性结论。分析发现,当载车处于单一的运动状态时,可分离的误差状态有限,而载车处于组合运动状态时误差状态的分离效率得到明显提高。  4、在可观测性分析的基础上设计了水平面内的4种机动路径,分别是静止加速机动路径、静止连续圆周运动机动路径、静止连续正反圆周运动机动路径以及静止加速静止圆周运动机动路径。研究证明,第一种机动路径可以估计出水平加表零偏、水平陀螺常值漂移等四个误差参数,前向加表的标度因数误差理论上可分离但估计时需要的机动条件较高;第二种机动路径可以估计出天向陀螺的标度因数误差;第三种机动路径可以估计出天向陀螺的常值漂移;第四种机动路径可以估计出水平加表零偏、水平陀螺的常值漂移且效果优于第一种机动路径,此外水平加表的标度因数误差也可估计,但收敛速度较慢。  5、针对动态估计中部分不可估计的误差参数提出了静态估计方案,包括陀螺的静态估计方案和加速度计的静态估计方案。研究表明,该方案可有效估计出剩余误差参数,且估计精度在理论分析的范围之内。  6、应用一组跑车数据进行了初始对准实验,同时对动态估计方案进行部分实验验证。初始对准结果表明,采用本文改进的静态滤波器可以实现姿态误差的精对准,对载车的晃动隔离效果明显。
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