微慣導-北斗深組合導航系統(tǒng)主要誤差源抑制方法研究.pdf

1、INS與GNSS具有誤差特性互補的特點，使得INS/GNSS組合導航系統(tǒng)極具應(yīng)用價值。按照融合方式的不同，INS/GNSS組合可以劃分為松組合、緊組合和深組合，其中深組合實現(xiàn)了INS與GNSS的相互輔助，可獲得更高的導航精度、更好的動態(tài)適應(yīng)性和抗干擾能力。論文面向高動態(tài)應(yīng)用背景，基于所在課題組研制的國產(chǎn)微慣性/北斗深組合導航系統(tǒng)樣機，針對影響系統(tǒng)性能的主要誤差源及其抑制方法進行了深入研究，主要結(jié)論和創(chuàng)新點如下：
　　(1)提出了基

2、于解調(diào)失配角抑制的硅微陀螺溫度誤差抑制新方法，提高了陀螺的溫度穩(wěn)定性。該方法從抑制和消除微陀螺溫度誤差傳遞鏈路中關(guān)鍵中間參量的角度，提供了一條完全不同于傳統(tǒng)溫度補償技術(shù)的新思路。深入分析了解調(diào)失配角的形成變化機理和溫度敏感性。針對工作頻率與驅(qū)動模態(tài)諧振頻率不一致所導致的解調(diào)失配角，設(shè)計了高精度頻率跟蹤環(huán)路進行抑制。首次將Kalman濾波技術(shù)應(yīng)用于硅微陀螺角速度解調(diào)中，有效分離了解調(diào)失配角所導致的陀螺輸出誤差，提高了微陀螺的溫度穩(wěn)定性?？?/p>

3、慮到實際應(yīng)用中噪聲特性是未知的，引入自適應(yīng)強跟蹤Kalman濾波器設(shè)計思想，提高了系統(tǒng)的魯棒性。仿真和實驗結(jié)果證明了方法的有效性和優(yōu)越性。實驗結(jié)果表明，在100℃的溫度變化范圍內(nèi)，傳統(tǒng)解調(diào)方法的零偏變化了4.5950o/s，而采用新方法時零偏僅變化0.5086 o/s，溫度穩(wěn)定性提高了近10倍。
　　(2)深入研究了MIMU精度與接收機載波環(huán)跟蹤性能的適配性，推導出了深組合系統(tǒng)中MIMU輔助的接收機載波環(huán)相位跟蹤誤差與MIMU精度

4、之間的關(guān)系，給出了典型參數(shù)下滿足環(huán)路跟蹤需求的MIMU精度下界。結(jié)果顯示：不考慮其它誤差時，采用18Hz噪聲帶寬的三階鎖相環(huán)，穩(wěn)定跟蹤JPL高動態(tài)場景對MIMU精度的要求是加速度計零漂應(yīng)小于29.72mg，陀螺零漂應(yīng)小于490.44°/h。基于復合信號模擬器的半物理仿真結(jié)果證明了相關(guān)結(jié)論的正確性。
　　(3)提出了一種基于擴展觀測Kalman濾波的新型輔助結(jié)構(gòu)(EMKF方法)，降低了MIMU誤差對載波環(huán)性能的影響。EMKF方法與傳

5、統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于對輔助信息的使用方式不同，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是將輔助信息疊加在環(huán)路多普勒估計量上，而EMKF方法將輔助信息擴展為Kalman濾波器的觀測量。對于低精度MIMU，EMKF方法可以降低MIMU誤差引起的輔助量誤差對跟蹤環(huán)路的影響，使環(huán)路跟蹤性能優(yōu)于傳統(tǒng)輔助結(jié)構(gòu)。理論和仿真均證明了其優(yōu)越性，在典型高動態(tài)條件下，傳統(tǒng)方法的失鎖邊界為：加速度計零偏穩(wěn)定性約29.6mg，微陀螺零偏穩(wěn)定性約296o/h，而EMKF方法的失鎖邊界為76.2m

6、g和762o/h。
　　(4)提出了一種利用接收機測量的載體加速度信息輔助計算載體航向角的新方法，并將其用于航向角誤差阻尼，提高了組合導航系統(tǒng)的航向角精度。在已知載體加速度時，航向角可以利用加速度、組合導航系統(tǒng)輸出的位置、速度、水平姿態(tài)角和加速度計測量的水平比力信息計算得到，這與慣導利用陀螺輸出進行姿態(tài)更新獲取的航向角在很大程度上是獨立的，因此可作為組合導航系統(tǒng)航向角誤差阻尼的信息源。借鑒慣性/衛(wèi)星/磁強計組合方式，將由加速度導出