捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)阻尼和重力輔助技術(shù)研究.pdf

1、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Strapdown InertialNavigation System，簡(jiǎn)稱(chēng)SINS）將其慣性測(cè)量單元件直接固連在載體上，因而省去了復(fù)雜的穩(wěn)定平臺(tái)等機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，SINS具有體積小；重量輕；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。然而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System，簡(jiǎn)稱(chēng)INS）的誤差周期振蕩特性以及經(jīng)度誤差隨時(shí)間發(fā)散等問(wèn)題仍然存在于SINS中。
　　為了消除 SINS中誤差周期振蕩的現(xiàn)象，通常的做法

2、是在 SINS中加入阻尼環(huán)節(jié)。然而對(duì)于加入阻尼網(wǎng)絡(luò)之后的阻尼SINS來(lái)說(shuō)，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)的過(guò)程才能夠使系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在阻尼SINS處于調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)中存在超調(diào)等現(xiàn)象，將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。為了縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，本文將循環(huán)解算算法引入到了阻尼SINS（Damping SINS，簡(jiǎn)稱(chēng)DSINS）中。仿真的結(jié)果表明，在系統(tǒng)中引入循環(huán)算法后，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間得到了大大的縮減。同時(shí)，為了避免位置誤差在循

3、環(huán)解算過(guò)程中積累，本文還提出了循環(huán)算法的改進(jìn)算法，即在每次正向解算的初始時(shí)刻對(duì)速度位置進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減小系統(tǒng)位置誤差提高系統(tǒng)定位精度的目的。
　　針對(duì) SINS中存在誤差周期振蕩現(xiàn)象，本文進(jìn)一步利用現(xiàn)代控制估計(jì)理論 Kalman濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)阻尼的效果。本文利用 Kalman濾波方法利用觀測(cè)量對(duì) SINS的系統(tǒng)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，然后利用實(shí)時(shí)估計(jì)的系統(tǒng)誤差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖實(shí)時(shí)校正，從而達(dá)到消除系統(tǒng)中存在誤差周期振蕩的目的。

4、同時(shí)，針對(duì)由于無(wú)法完全消除系統(tǒng)誤差而引起的小幅值周期振蕩，本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)了Kalman濾波脈沖校正后加阻尼的方法，使系統(tǒng)精度得到進(jìn)一步提高。
　　針對(duì) SINS中經(jīng)度誤差隨時(shí)間發(fā)散的問(wèn)題，在不破壞 SINS隱蔽性和自主性特點(diǎn)的前提下，本文利用地球自身的特性—重力異常值對(duì)SINS進(jìn)行輔助導(dǎo)航，達(dá)到抑制經(jīng)度誤差隨時(shí)間增長(zhǎng)的目的。重力輔助導(dǎo)航與地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)具有很大的相似之處，因此本文首先設(shè)計(jì)了適用于重力輔助導(dǎo)航的SITAN算法。然后

5、，針對(duì)基于SITAN算法的重力輔助SINS（Gravity Aid SINS，簡(jiǎn)稱(chēng)GASINS）的狀態(tài)方程中存在周期振蕩的問(wèn)題，將阻尼網(wǎng)絡(luò)加入到GASINS中，形成重力輔助阻尼SINS（Gravity Aid DSINS，簡(jiǎn)稱(chēng)GADSINS），并且重新建立GADSINS的系統(tǒng)狀態(tài)方程以及系統(tǒng)量測(cè)方程。仿真的結(jié)果表明，GADSINS能夠大大地提高系統(tǒng)的定位精度。接下來(lái)，針對(duì)基于 SITAN算法的GASINS中存在非線性以及線性擬合能夠給系