捷聯(lián)慣性導(dǎo)航初始對準(zhǔn)技術(shù)研究.pdf

1、無人機(jī)受起飛重量、成本、性能等因素制約，多采用基于MEMS的慣性導(dǎo)航設(shè)備，而MEMS慣性導(dǎo)航設(shè)備的快速、高精度初始對準(zhǔn)技術(shù)是保證其可靠應(yīng)用的關(guān)鍵，本文研究了微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)MEMS-INS的初始對準(zhǔn)問題，設(shè)計了靜基座條件下的改進(jìn)Kalman精對準(zhǔn)濾波模型，并進(jìn)行了初始對準(zhǔn)試驗;針對無人機(jī)艦載應(yīng)用條件下的傳遞對準(zhǔn)問題，提出了一種速度加量測姿態(tài)四元數(shù)的快速傳遞對準(zhǔn)方法。
　　在微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)MEMS-INS的初始對準(zhǔn)過程中，由于MEMS

2、陀螺儀自身精度較低，需要融合其他輔助信息來提高初始對準(zhǔn)精度。本文利用MEMS慣性測量單元和MEMS磁強(qiáng)計信息，建立了MEMS-INS誤差模型，設(shè)計了基于信息融合的靜基座對準(zhǔn)Kalman濾波模型。采用Crossbow公司的AHRS440慣性測量系統(tǒng)作為慣性測量組件，通過編制接口程序?qū)崟r采集數(shù)據(jù)。根據(jù)AHRS440的數(shù)據(jù)協(xié)議對加速度、角速度和姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析存儲，以此作為對準(zhǔn)研究的原始數(shù)據(jù)。利用一定時間內(nèi)均值濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行粗對準(zhǔn);粗對準(zhǔn)完

3、成后，采用所設(shè)計的改進(jìn)Kalman濾波器完成精對準(zhǔn)，估計出了微慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的失準(zhǔn)角，驗證了所提出方法的可行性。
　　針對無人機(jī)動基座傳遞對準(zhǔn)問題，在速度匹配和速度加姿態(tài)匹配傳遞對準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種速度加量測姿態(tài)四元數(shù)匹配的快速傳遞對準(zhǔn)方法，建立了速度誤差微分方程和失準(zhǔn)角微分方程，并設(shè)計了誤差濾波模型。在此基礎(chǔ)上，對傳遞對準(zhǔn)的主要誤差（桿臂效應(yīng)誤差和撓曲變形誤差）產(chǎn)生原理及相應(yīng)補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究。對于桿臂效應(yīng)誤差，分別采

4、用濾波補(bǔ)償和計算補(bǔ)償兩種方法，較好地實現(xiàn)了桿臂效應(yīng)補(bǔ)償;對于撓曲變形誤差，采用二階Markov過程作為其誤差模型，并在已有狀態(tài)變量中加入撓曲相關(guān)變量，實現(xiàn)了撓曲變形補(bǔ)償。基于Matlab設(shè)計了傳遞對準(zhǔn)的仿真環(huán)境，對所提出的傳遞對準(zhǔn)方法進(jìn)行了仿真實驗驗證。仿真結(jié)果表明，本文提出的速度加量測姿態(tài)四元數(shù)匹配法的估計精度較好，能夠克服桿臂效應(yīng)誤差和撓曲變形誤差對傳遞對準(zhǔn)的影響。
　　本文完成了MEMS-INS初始對準(zhǔn)的半實物試驗，試驗取得