捷聯(lián)慣導系統(tǒng)精度增強技術研究.pdf

1、慣性導航系統(tǒng)以其自主性、隱蔽性、能夠提供完備導航信息等優(yōu)點,使其在軍事應用領域一直備受關注。隨著高速大容量數(shù)字計算機和高精度光學陀螺儀的出現(xiàn),捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展,并且在低成本、短期中等精度導航應用中逐漸取代了傳統(tǒng)的平臺式慣導系統(tǒng)。捷聯(lián)慣導系統(tǒng)拋棄了結構復雜的機械穩(wěn)定平臺,慣性測量元件直接安裝在載體上,導航系統(tǒng)的性能更加依賴導航算法的解算精度;現(xiàn)階段,光學陀螺儀的研究取得了突破性的進展,但是其精度仍然無法與靜電陀螺儀相媲美。為

2、了能夠進一步提高捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的導航精度,擴大捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的應用領域,本文從提高導航算法的解算精度及旋轉調制誤差補償兩個方面展開了研究。
　　旋轉矢量導航算法中,姿態(tài)四元數(shù)的更新受到導航坐標系旋轉變化的影響,現(xiàn)有的分析指出姿態(tài)解算需要補償導航坐標系的旋轉誤差。本文通過對姿態(tài)四元數(shù)更新方程的不同近似方法,從另一個角度闡述了導航坐標系的旋轉變化對姿態(tài)解算的影響。當姿態(tài)更新頻率較快,導航坐標系旋轉四元數(shù)與姿態(tài)四元數(shù)可近似滿足乘法交換律時,

3、旋轉矢量姿態(tài)算法可以不補償導航坐標系的旋轉誤差。
　　基于對偶四元數(shù)的螺旋變換保證了運動的完整性,能夠更加真實的描述載體運動,現(xiàn)有分析表明對偶四元數(shù)導航算法與傳統(tǒng)導航算法相比具有更高階的截斷三角級數(shù)。本文通過與傳統(tǒng)的姿態(tài)算法及速度算法相比較,分析了對偶四元數(shù)姿態(tài)算法及速度算法的編排在解算精度上的優(yōu)越性。
　　對偶四元數(shù)導航算法顛覆了傳統(tǒng)導航算法的結構,引力加速度和比力分別在不同的坐標系中進行積分運算,高度信息是通過位置向量經(jīng)

4、坐標變換獲得的?；趯ε妓脑獢?shù)導航算法結構分析了高度解算的穩(wěn)定性。
　　對偶四元數(shù)導航算法需要計算大量的對偶數(shù)及對偶向量,位置信息的獲取還需要進行迭代運算,該導航算法的計算量較大,對于實時性要求苛刻的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)增加了導航計算機的負擔。針對該問題,提出了一種基于四元數(shù)運算的改進導航算法,該導航算法繼承了對偶四元數(shù)姿態(tài)算法及速度算法的編排,并給出了一種不需要迭代運算的改進位置算法。改進導航算法計算量小、解算精度與對偶四元數(shù)導航算法相

5、當。
　　頻域內(nèi)導航解算可以有效的抑制不可交換性誤差,提高導航精度。鑒于改進導航算法的優(yōu)勢,將其引入頻域解算可以進一步提升導航解算精度。基于改進導航算法,推導了頻域內(nèi)解算的導航方程;為了提高連續(xù)時間信號的重構精度,給出了基于四元數(shù)微分方程的角增量離散信號光滑延拓方法,該方法能夠同時保證角增量函數(shù)及四元數(shù)函數(shù)在邊界處的連續(xù)性,并通過仿真比較了時域和頻域內(nèi)導航解算的性能。
　　現(xiàn)有的旋轉調制方案直接作用于載體和慣性測量單元( I