捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精度增強(qiáng)技術(shù)研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以其自主性、隱蔽性、能夠提供完備導(dǎo)航信息等優(yōu)點(diǎn),使其在軍事應(yīng)用領(lǐng)域一直備受關(guān)注。隨著高速大容量數(shù)字計(jì)算機(jī)和高精度光學(xué)陀螺儀的出現(xiàn),捷聯(lián)式慣導(dǎo)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(dǎo)航應(yīng)用中逐漸取代了傳統(tǒng)的平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)拋棄了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械穩(wěn)定平臺(tái),慣性測(cè)量元件直接安裝在載體上,導(dǎo)航系統(tǒng)的性能更加依賴導(dǎo)航算法的解算精度;現(xiàn)階段,光學(xué)陀螺儀的研究取得了突破性的進(jìn)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(jìn)一步提高捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度,擴(kuò)大捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域,本文從提高導(dǎo)航算法的解算精度及旋轉(zhuǎn)調(diào)制誤差補(bǔ)償兩個(gè)方面展開了研究。
　　旋轉(zhuǎn)矢量導(dǎo)航算法中,姿態(tài)四元數(shù)的更新受到導(dǎo)航坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變化的影響,現(xiàn)有的分析指出姿態(tài)解算需要補(bǔ)償導(dǎo)航坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)誤差。本文通過對(duì)姿態(tài)四元數(shù)更新方程的不同近似方法,從另一個(gè)角度闡述了導(dǎo)航坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變化對(duì)姿態(tài)解算的影響。當(dāng)姿態(tài)更新頻率較快,導(dǎo)航坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)四元數(shù)與姿態(tài)四元數(shù)可近似滿足乘法交換律時(shí),

3、旋轉(zhuǎn)矢量姿態(tài)算法可以不補(bǔ)償導(dǎo)航坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)誤差。
　　基于對(duì)偶四元數(shù)的螺旋變換保證了運(yùn)動(dòng)的完整性,能夠更加真實(shí)的描述載體運(yùn)動(dòng),現(xiàn)有分析表明對(duì)偶四元數(shù)導(dǎo)航算法與傳統(tǒng)導(dǎo)航算法相比具有更高階的截?cái)嗳羌?jí)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(duì)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(duì)偶四元數(shù)導(dǎo)航算法顛覆了傳統(tǒng)導(dǎo)航算法的結(jié)構(gòu),引力加速度和比力分別在不同的坐標(biāo)系中進(jìn)行積分運(yùn)算,高度信息是通過位置向量經(jīng)

4、坐標(biāo)變換獲得的。基于對(duì)偶四元數(shù)導(dǎo)航算法結(jié)構(gòu)分析了高度解算的穩(wěn)定性。
　　對(duì)偶四元數(shù)導(dǎo)航算法需要計(jì)算大量的對(duì)偶數(shù)及對(duì)偶向量,位置信息的獲取還需要進(jìn)行迭代運(yùn)算,該導(dǎo)航算法的計(jì)算量較大,對(duì)于實(shí)時(shí)性要求苛刻的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)增加了導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。針對(duì)該問題,提出了一種基于四元數(shù)運(yùn)算的改進(jìn)導(dǎo)航算法,該導(dǎo)航算法繼承了對(duì)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(yùn)算的改進(jìn)位置算法。改進(jìn)導(dǎo)航算法計(jì)算量小、解算精度與對(duì)偶四元數(shù)導(dǎo)航算法相

5、當(dāng)。
　　頻域內(nèi)導(dǎo)航解算可以有效的抑制不可交換性誤差,提高導(dǎo)航精度。鑒于改進(jìn)導(dǎo)航算法的優(yōu)勢(shì),將其引入頻域解算可以進(jìn)一步提升導(dǎo)航解算精度。基于改進(jìn)導(dǎo)航算法,推導(dǎo)了頻域內(nèi)解算的導(dǎo)航方程;為了提高連續(xù)時(shí)間信號(hào)的重構(gòu)精度,給出了基于四元數(shù)微分方程的角增量離散信號(hào)光滑延拓方法,該方法能夠同時(shí)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(shí)域和頻域內(nèi)導(dǎo)航解算的性能。
　　現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案直接作用于載體和慣性測(cè)量單元( I