無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)不太適合應(yīng)用于大過載、大角速度的場合，而無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(GFSINS)在具有大加速度、大角速度的情況下，仍然能正常工作。所以，近年來，無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)得到廣泛研究，取得了許多研究成果，但仍然離工程化、實(shí)用化有一定差距。為了解決目前該研究領(lǐng)域存在的問題，本文針對(duì)系統(tǒng)構(gòu)型、角速度解算、姿態(tài)估計(jì)和誤差標(biāo)定及補(bǔ)償?shù)葞醉?xiàng)關(guān)鍵技術(shù)來展開研究，為后續(xù)系統(tǒng)的研制打下基礎(chǔ)。
　　 首先，給出了GFSINS構(gòu)型的可行性條

2、件：構(gòu)型矩陣J左可逆。針對(duì)系統(tǒng)構(gòu)型的優(yōu)劣，提出了一種基于幾何精度擴(kuò)散因子(GDOP)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過三種典型構(gòu)型方案驗(yàn)證了該指標(biāo)的有效性。鑒于實(shí)用化的考慮，設(shè)計(jì)了一種基于旋轉(zhuǎn)彈的十加速度計(jì)構(gòu)型單元，當(dāng)其中某一加速度計(jì)故障時(shí)，可以有四種不同的編排方式來保證系統(tǒng)正常工作且精度不變。通過GDOP指標(biāo)的判斷和對(duì)具體對(duì)象的分析表明，此設(shè)計(jì)很適合應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)彈上。
　　 其次，為了提高系統(tǒng)導(dǎo)航精度，針對(duì)角速度解算方法展開了研究。在分析了積分

3、法、開方法、微分法等幾種角速度算法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出了一種運(yùn)算簡單、精度較高的對(duì)數(shù)算法。針對(duì)角速度代數(shù)公式算法解算誤差達(dá)不到要求的情況，建立了一個(gè)三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測(cè)角速度，仿真結(jié)果表明，角速度預(yù)測(cè)精度比對(duì)數(shù)算法提高了將近兩倍。為了消除加速度計(jì)隨機(jī)噪聲對(duì)角速度解算結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)了一種H∞濾波器，并在改變?cè)肼暣笮?、噪聲種類和初始狀態(tài)估值大小的情況下進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，H∞濾波比kalman濾波具有更好的魯棒性和穩(wěn)定精度，濾波后

4、，角速度估計(jì)精度比對(duì)數(shù)法至少提高了1個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　 接著，對(duì)GFSINS姿態(tài)估計(jì)方法展開了研究。給出了基于四元數(shù)的四階龍格庫塔法和四子樣旋轉(zhuǎn)矢量法解算姿態(tài)，并在圓錐運(yùn)動(dòng)下完成了仿真，結(jié)果表明，四子樣等效旋轉(zhuǎn)矢量法姿態(tài)解算精度高于四階龍格庫塔法，而且當(dāng)采用GFSINS獨(dú)立確定姿態(tài)時(shí)，姿態(tài)角誤差隨時(shí)間而累積。基于重力矢量和三軸磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量輸出，給出了一種適合彈體在靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的姿態(tài)確定方法，能避免誤差積累。為了抑制彈體在不同

5、運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的姿態(tài)誤差發(fā)散，提出了一種GFSINS/磁強(qiáng)計(jì)的組合定姿濾波方案，考慮到圓錐誤差的影響，采用基于四子樣等效旋轉(zhuǎn)矢量法獲得的四元數(shù)以及十加速度計(jì)輸出中分解出的角速度作為狀態(tài)量，加速度計(jì)組合輸出的角速度交叉乘積項(xiàng)和三軸磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量值作為量測(cè)量，構(gòu)建了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測(cè)方程；然后設(shè)計(jì)了EKF和SUKF兩種姿態(tài)估計(jì)器，并在圓錐運(yùn)動(dòng)下完成了仿真對(duì)比。結(jié)果表明，SUKF的性能要優(yōu)于EKF，濾波后，姿態(tài)誤差的發(fā)散能得到有效的抑制。
　

6、　 最后，對(duì)系統(tǒng)的主要誤差源進(jìn)行了標(biāo)定及補(bǔ)償技術(shù)的研究。針對(duì)加速度計(jì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差對(duì)GFSINS的顯著影響，基于誤差模型，利用線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成了誤差系數(shù)的辨識(shí)，通過給出的有效補(bǔ)償算法將誤差補(bǔ)償?shù)郊铀俣扔?jì)輸出中，角速度解算精度均提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。針對(duì)加速度計(jì)安裝誤差對(duì)系統(tǒng)精度的影響，提出了一種十加速度計(jì)安裝位置和方向誤差系數(shù)的辨識(shí)方法，將轉(zhuǎn)臺(tái)上的系統(tǒng)構(gòu)型在兩種轉(zhuǎn)速下各進(jìn)行三次翻轉(zhuǎn)，可以一次性標(biāo)定出50個(gè)誤差系數(shù)：在采用先計(jì)算補(bǔ)償后的