微慣導(dǎo)-北斗深組合導(dǎo)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(bǔ)的特點(diǎn)，使得INS/GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)極具應(yīng)用價(jià)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(shí)現(xiàn)了INS與GNSS的相互輔助，可獲得更高的導(dǎo)航精度、更好的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和抗干擾能力。論文面向高動(dòng)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(dǎo)航系統(tǒng)樣機(jī)，針對(duì)影響系統(tǒng)性能的主要誤差源及其抑制方法進(jìn)行了深入研究，主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)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(bǔ)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(jī)理和溫度敏感性。針對(duì)工作頻率與驅(qū)動(dòng)模態(tài)諧振頻率不一致所導(dǎo)致的解調(diào)失配角，設(shè)計(jì)了高精度頻率跟蹤環(huán)路進(jìn)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(dǎo)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(shí)際應(yīng)用中噪聲特性是未知的，引入自適應(yīng)強(qiáng)跟蹤Kalman濾波器設(shè)計(jì)思想，提高了系統(tǒng)的魯棒性。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了方法的有效性和優(yōu)越性。實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jī)載波環(huán)跟蹤性能的適配性，推導(dǎo)出了深組合系統(tǒng)中MIMU輔助的接收機(jī)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(shí)，采用18Hz噪聲帶寬的三階鎖相環(huán)，穩(wěn)定跟蹤JPL高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景對(duì)MIMU精度的要求是加速度計(jì)零漂應(yīng)小于29.72mg，陀螺零漂應(yīng)小于490.44°/h?；趶?fù)合信號(hào)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(kuò)展觀測(cè)Kalman濾波的新型輔助結(jié)構(gòu)(EMKF方法)，降低了MIMU誤差對(duì)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(duì)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(jì)量上，而EMKF方法將輔助信息擴(kuò)展為Kalman濾波器的觀測(cè)量。對(duì)于低精度MIMU，EMKF方法可以降低MIMU誤差引起的輔助量誤差對(duì)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(dòng)態(tài)條件下，傳統(tǒng)方法的失鎖邊界為：加速度計(jì)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(jī)測(cè)量的載體加速度信息輔助計(jì)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(dǎo)航系統(tǒng)的航向角精度。在已知載體加速度時(shí)，航向角可以利用加速度、組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的位置、速度、水平姿態(tài)角和加速度計(jì)測(cè)量的水平比力信息計(jì)算得到，這與慣導(dǎo)利用陀螺輸出進(jìn)行姿態(tài)更新獲取的航向角在很大程度上是獨(dú)立的，因此可作為組合導(dǎo)航系統(tǒng)航向角誤差阻尼的信息源。借鑒慣性/衛(wèi)星/磁強(qiáng)計(jì)組合方式，將由加速度導(dǎo)出