捷聯(lián)慣性導航初始對準技術研究.pdf

1、無人機受起飛重量、成本、性能等因素制約，多采用基于MEMS的慣性導航設備，而MEMS慣性導航設備的快速、高精度初始對準技術是保證其可靠應用的關鍵，本文研究了微慣性導航系統(tǒng)MEMS-INS的初始對準問題，設計了靜基座條件下的改進Kalman精對準濾波模型，并進行了初始對準試驗;針對無人機艦載應用條件下的傳遞對準問題，提出了一種速度加量測姿態(tài)四元數(shù)的快速傳遞對準方法。
　　在微慣性導航系統(tǒng)MEMS-INS的初始對準過程中，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精度。本文利用MEMS慣性測量單元和MEMS磁強計信息，建立了MEMS-INS誤差模型，設計了基于信息融合的靜基座對準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，通過編制接口程序實時采集數(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)進行解析存儲，以此作為對準研究的原始數(shù)據(jù)。利用一定時間內均值濾波后的數(shù)據(jù)進行粗對準;粗對準完

3、成后，采用所設計的改進Kalman濾波器完成精對準，估計出了微慣導系統(tǒng)初始對準的失準角，驗證了所提出方法的可行性。
　　針對無人機動基座傳遞對準問題，在速度匹配和速度加姿態(tài)匹配傳遞對準方法的基礎上，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方法，建立了速度誤差微分方程和失準角微分方程，并設計了誤差濾波模型。在此基礎上，對傳遞對準的主要誤差（桿臂效應誤差和撓曲變形誤差）產生原理及相應補償方法進行了研究。對于桿臂效應誤差，分別采

4、用濾波補償和計算補償兩種方法，較好地實現(xiàn)了桿臂效應補償;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變量，實現(xiàn)了撓曲變形補償。基于Matlab設計了傳遞對準的仿真環(huán)境，對所提出的傳遞對準方法進行了仿真實驗驗證。仿真結果表明，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，能夠克服桿臂效應誤差和撓曲變形誤差對傳遞對準的影響。
　　本文完成了MEMS-INS初始對準的半實物試驗，試驗取得