無(wú)陀螺SINS與GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)代某些導(dǎo)彈等戰(zhàn)術(shù)武器具有大過(guò)載和高機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，而在傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中包含的慣性器件有陀螺儀和加速度計(jì)，其中陀螺儀的抗沖擊能力較差，因此應(yīng)用在大過(guò)載和高機(jī)動(dòng)的場(chǎng)合效果較差。但在無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(GFSINS)中，慣性器件只有加速度計(jì)，所以在理論上GFSINS能更好的適用于大過(guò)載和高機(jī)動(dòng)等高動(dòng)態(tài)環(huán)境。近些年，隨著MEMS技術(shù)的蓬勃發(fā)展，GFSINS的長(zhǎng)壽命、高可靠性、低能耗、低成本和快反應(yīng)等諸多優(yōu)勢(shì)愈發(fā)愈明顯。所以，最近許多年國(guó)內(nèi)外學(xué)

2、者對(duì)GFSINS進(jìn)行了深入的探索和研究，試圖推進(jìn)GFSINS的工程化和實(shí)用化。
　　 與傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)相比，GFSINS的導(dǎo)航精度較低，誤差積累也較快。由于GFSINS導(dǎo)航原理和加速度計(jì)制造工藝的限制，要繼續(xù)提高GFSINS的導(dǎo)航精度已經(jīng)十分困難。因此，在繼續(xù)加大力度發(fā)展單一高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(平臺(tái)式和捷聯(lián)式)的同時(shí)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)逐漸成為發(fā)展新型導(dǎo)航系統(tǒng)的突破口，其中慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)是最具有應(yīng)用前景的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。由于

3、本文研究的GFSINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，所以論文的側(cè)重點(diǎn)為：
　　 第一，證明了無(wú)陀螺導(dǎo)航系統(tǒng)中加速度計(jì)配置個(gè)數(shù)的必要條件，而后設(shè)計(jì)了一種九加速度計(jì)的配置方案，該方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于安裝，可以同時(shí)提供角加速度和角速度乘積項(xiàng)等冗余信息，便于角速度的解算，在得到角速度后對(duì)無(wú)陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航過(guò)程進(jìn)行了推導(dǎo)和仿真。仿真結(jié)果表明：使用單一的無(wú)陀螺導(dǎo)航系統(tǒng)精度較低，誤差隨時(shí)間快速累積，難以滿足導(dǎo)航需要。
　　

4、第二，重點(diǎn)研究了擴(kuò)展H∞濾波在角速度解算中的應(yīng)用。仿真結(jié)果表明：擴(kuò)展卡爾曼濾波只有在白噪聲干擾下才能有效提高角速度解算精度，而擴(kuò)展H∞濾波在有色噪聲干擾下對(duì)角速度解算精度依然具有較強(qiáng)的魯棒性。
　　 第三，對(duì)于GFSINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，嘗試了位置、速度和姿態(tài)的新型松散全組合模式，在這種組合模式下，GPS輸出的信息能有效的校正FGFSINS的位置、速度和姿態(tài)輸出信息。在建立組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)誤差模型后，設(shè)計(jì)了一種GFSIN