捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)方法研究.pdf

1、初始對(duì)準(zhǔn)是捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。初始對(duì)準(zhǔn)精度直接影響捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作精度，初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間也是反映武器系統(tǒng)快速反應(yīng)能力的重要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。卡爾曼濾波器在捷聯(lián)式初始對(duì)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)中有著卓有成效的應(yīng)用。捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的主要目的是建立姿態(tài)矩陣的初始值，初始對(duì)準(zhǔn)中應(yīng)用卡爾曼濾波，就是通過(guò)初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)空間模型，利用卡爾曼濾波將初始失準(zhǔn)角狀態(tài)估計(jì)出來(lái)并用以校正姿態(tài)矩陣。 卡爾曼濾波的估計(jì)精度和估計(jì)收斂速度與狀態(tài)變量的可觀測(cè)性和狀態(tài)空間

2、模型的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。初始對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)方程通常以速度誤差作為觀測(cè)量，其主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)的可觀測(cè)性不理想。初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)方程通常采用基于初始失準(zhǔn)角均為小角度假設(shè)建立的線性方程，而當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)中初始方位失準(zhǔn)角為大角度時(shí)，導(dǎo)致線性的初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)方程不能準(zhǔn)確描述系統(tǒng)誤差傳播特性。本文主要以上述兩個(gè)問(wèn)題作為研究重點(diǎn)，對(duì)不同的初始對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行了分析和比較。 在初始失準(zhǔn)角均為小角度情況下，提出利用雙天線GPS載波相位輔助對(duì)準(zhǔn)方法改善系統(tǒng)的可觀測(cè)性。推導(dǎo)

3、了以GPS載波相位單差誤差為觀測(cè)量的線性觀測(cè)方程，將速度誤差和載波相位單差誤差同時(shí)作為初始對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)量。對(duì)于以速度誤差為觀測(cè)量的自對(duì)準(zhǔn)和增加載相單差誤差的GPS輔助對(duì)準(zhǔn)兩種對(duì)準(zhǔn)方法，應(yīng)用基于奇異值分解的可觀測(cè)性分析方法進(jìn)行了可觀測(cè)性分析和仿真比較。本文對(duì)已有的可觀測(cè)度計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)化，提出直接利用奇異值分解右陣向量判斷各狀態(tài)變量所對(duì)應(yīng)的奇異值，從而計(jì)算各狀態(tài)變量的可觀測(cè)度。 在初始方位失準(zhǔn)角為大角度情況下，研究了非線性對(duì)準(zhǔn)方法。

4、首先，研究了UKF(UnscentedKalmanFilter)非線性濾波方法，對(duì)加性噪聲系統(tǒng)UKF遞推算法進(jìn)行了改進(jìn)，在UKF時(shí)間更新階段增加了變換點(diǎn)重采樣過(guò)程，從而引入了系統(tǒng)噪聲的影響，提高了UKF狀態(tài)估計(jì)收斂速度和精度；其次，推導(dǎo)了以失準(zhǔn)角表示的初始對(duì)準(zhǔn)非線性狀態(tài)方程，對(duì)于線性狀態(tài)方程和非線性狀態(tài)方程，通過(guò)數(shù)值仿真比較了二者在方位大失準(zhǔn)角情況下的準(zhǔn)確性；最后，將UKF方法及二位置對(duì)準(zhǔn)方法應(yīng)用于非線性初始對(duì)準(zhǔn)中，提高了非線性對(duì)準(zhǔn)精度

5、和速度。在應(yīng)用UKF進(jìn)行非線性對(duì)準(zhǔn)時(shí)，提出采用將SUT(ScaledUnsentedTransformation)與SSUT(SphericalSimplexUnsentedTransformation)相結(jié)合的比例SSUT方法，不但避免了采樣點(diǎn)分布遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出失準(zhǔn)角不確定范圍，同時(shí)通過(guò)減少采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)降低了UKF計(jì)算量。 本文還進(jìn)行了捷聯(lián)系統(tǒng)誤差分析?？紤]到慣性器件噪聲是引起系統(tǒng)誤差的誤差源之一，研究了慣器件輸出信號(hào)的濾波方法。通過(guò)