GFSINS角速度解算方法及其误差分析

论文摘要

无陀螺捷联惯导系统(简称GFSINS)是指惯性元件只用加速度计,而不用陀螺仪的捷联惯导系统。GFSINS舍弃了陀螺,从而避开了因陀螺动态范围小而引起的一系列难题;它具有成本低、功率低、反应速度快、可靠性高和寿命长等显著优点,特别适用于角加速度和角速度动态范围大的载体进行惯性导航。因此,GFSINS的研究、应用受到国内外专家学者的重视。本文首先介绍了GFSINS的基本工作原理:详细推导了加速度计的输出方程,分析了加速度计的配置方式,对角速度微分方程进行了解算。在此基础之上,本文就以下几个方面对GFSINS进行了重点研究:1.参考国内外文献中的加速度计配置方案,本文设计了一种新颖的九加速度计配置方案,利用加速度计输出方程解算载体的角速度。目前角速度的解算方法有积分算法和开方算法,它们都不同程度地存在一些缺点,如误差积累过快、符号误判等,为此,本文提出一种新的角速度解算方法,可以抑制迭代误差及避免符号误判。2.加速度计存在测量误差,使得角速度和导航参数的误差随时间不断的积累,GFSINS不可长时间工作,其应用受到限制。鉴于此,本文通过加速度计的冗余配置,建立了加速度计的误差模型,进而对加速度计误差进行补偿。仿真结果表明,角速度的解算精度得到显著提高。3.将扩展Kalman滤波算法用于角速度解算中,仿真分析表明,扩展Kalman滤波算法可以抑制因加速度计误差引起的角速度解算误差发散现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 捷联惯导系统简介
• 1.2 无陀螺捷联惯导系统概述
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 发展过程及特点
• 1.2.3 主要问题和研究趋势
• 1.3 研究内容及主要工作
• 第2章 无陀螺捷联惯导系统的理论基础
• 2.1 坐标系的定义
• 2.2 无陀螺捷联惯导系统的基本导航原理
• 2.3 加速度计的输出方程
• 2.4 本章小结
• 第3章 方案选择与算法分析
• 3.1 加速度计配置方案的选择
• 3.1.1 六加速度计配置
• 3.1.2 九加速度计配置
• 3.1.3 本课题所采用的加速度计配置方案
• 3.2 公式推导
• 3.3 角速度解算方法与仿真
• 3.3.1 积分算法和开方算法
• 3.3.2 角速度辅助算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 加速度计组合误差模型
• 4.1 加速度计冗余设计
• 4.2 组合误差模型推导
• 4.3 角速度误差补偿及仿真分析
• 4.3.1 加速度计特性一致
• 4.3.2 加速度计特性不完全一致
• 4.4 本章小结
• 第5章 Kalman滤波在角速度解算中的应用
• 5.1 Kalman滤波的基本算法
• 5.1.1 Kalman滤波基本方程
• 5.1.2 Kalman滤波器的结构图及算法方框图
• 5.2 实用Kalman滤波技术
• 5.2.1 带有控制项的Kalman滤波
• 5.2.2 随机非线性离散系统的扩展Kalman滤波
• 5.3 扩展Kalman滤波在角速度解算中的应用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢