車載捷聯(lián)慣導系統(tǒng)動基座初始對準方法研究.pdf

1、在陸用慣性導航領域，初始對準對火炮等武器的瞄準起到關鍵作用。初始對準為捷聯(lián)慣性導航建立初始姿態(tài)，初始對準精度的高低將會直接影響到后續(xù)慣性導航精度。為提高戰(zhàn)車的快速反應能力，除了要提高對準精度以外，還須要縮短對準時間，并能夠實現(xiàn)行進間對準，實現(xiàn)邊走邊打。針對陸用捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)(Strapdown Inertial NavigationSystem，SINS)初始對準的應用背景，本文分別研究了基座在靜止、晃動和運動情況下的SINS初始對準

2、方法，并提出或改進相應的方法用以提高對準精度或縮短對準時間。
　　基座靜止或晃動不明顯時，常規(guī)的初始對準方法是解析粗對準。解析粗對準方法基于雙矢量定姿算法，要求給定慣性測量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)的全部6個輸出信息，即空間3個方向的角速度和線加速度。本文提出一種新的解析對準方法，該方法僅使用包含陀螺和加計的3個輸出和剩下3個輸出的符號或粗略值即可實現(xiàn)初始對準，稱之為簡化解析對準。簡化解析對

3、準方法指出IMU的6個輸出信息對求解姿態(tài)來說是信息冗余的，通過不同的IMU輸出信息組合均可以求解出姿態(tài)。在車載環(huán)境中，由于發(fā)動機工作等因素，晃動影響可能會集中在某個軸向，采用簡化解析對準方法可以減少受晃動影響突出的輸出信息的干擾，從而提高對準精度。另外還可能用于IMU自檢，IMU快速現(xiàn)場自標定，快速兩位置對準等。通過仿真和車載實驗驗證了簡化解析對準方法的有效性。
　　IMU的誤差是影響對準精度的主要因素之一，多位置對準方法被用來補

4、償IMU誤差，從而提高對準精度。受簡化解析對準原理啟發(fā)，本文給出了通過任意兩位置可以解算出IMU常值偏置的結論，即多位置對準理論最小條件;提出了一種依據轉過兩個精確的角度（為計算方便取90°和180°）就可以補償?shù)鬒MU常值偏置誤差的繞任意軸旋轉的多位置解析對準方法，該方法不要求機械旋轉軸向和IMU方位軸向重合，降低了制造成本，可以用于補償現(xiàn)有的單軸旋轉SINS的安裝誤差。
　　基座晃動明顯時，解析對準方法誤差較大甚至不可用。慣性

5、系對準方法由于能夠克服晃動干擾，適應任意初始姿態(tài)誤差角，魯棒性強而成為近年來的研究熱點。晃動基座上，慣性系對準方法理論上能夠完全克服角晃動，但對線晃動干擾敏感。本文分別通過頻域低通濾波和時域擬合兩類方法詳細分析了如何抑制線晃動干擾，并指出初始晃動線速度會對慣性系對準精度產生可觀的影響，通過優(yōu)化算法有效克服了包含線晃動初速度在內的線晃動干擾。仿真和車載實驗顯示，所提的優(yōu)化方法精度最高，收斂最快。
　　SINS在行進間是無法獨立實現(xiàn)對

6、準的，須要借助GPS、里程計等設備提供速度或位置觀測，可是GPS易受干擾，戰(zhàn)時不可靠，里程計易受到車輪跳動、打滑及變形等因素干擾，本文研究了由激光多普勒測速儀(Laser Doppler Velocimeter, LDV)提供速度觀測的自主行進間對準方法。慣性系對準方法已被較好地推廣到行進間對準，本文充分總結了前人的研究成果，指出行進間慣性系對準由3個環(huán)節(jié)組成:方程模型選擇，初始姿態(tài)更新和位置相關矩陣更新，這3個環(huán)節(jié)共同決定了對準效果。

7、對初始姿態(tài)更新和位置相關矩陣更新方法進行了改進，提高了對準精度，另外使用回溯導航方法縮短了對準時間并提高了對準精度。仿真和跑車實驗證實了所提算法的有效性。
　　最后，為進一步抑制慣性器件誤差和基座運動影響，研究了SINS/LDV組合導航系統(tǒng)行進間精對準。SINS和LDV組合導航系統(tǒng)在工作前須要進行在線標定，消除安裝誤差，本文提出了一種基于LDV比例因子模型的現(xiàn)場標定方法，提高了標定效率?；贚DV比例因子模型，建立了用于組合導航系