無陀螺SINS與GPS組合導航系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)代某些導彈等戰(zhàn)術武器具有大過載和高機動的特點，而在傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中包含的慣性器件有陀螺儀和加速度計，其中陀螺儀的抗沖擊能力較差，因此應用在大過載和高機動的場合效果較差。但在無陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)(GFSINS)中，慣性器件只有加速度計，所以在理論上GFSINS能更好的適用于大過載和高機動等高動態(tài)環(huán)境。近些年，隨著MEMS技術的蓬勃發(fā)展，GFSINS的長壽命、高可靠性、低能耗、低成本和快反應等諸多優(yōu)勢愈發(fā)愈明顯。所以，最近許多年國內(nèi)外學

2、者對GFSINS進行了深入的探索和研究，試圖推進GFSINS的工程化和實用化。
　　 與傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)相比，GFSINS的導航精度較低，誤差積累也較快。由于GFSINS導航原理和加速度計制造工藝的限制，要繼續(xù)提高GFSINS的導航精度已經(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航系統(tǒng)(平臺式和捷聯(lián)式)的同時，組合導航系統(tǒng)逐漸成為發(fā)展新型導航系統(tǒng)的突破口，其中慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)是最具有應用前景的組合導航系統(tǒng)。由于

3、本文研究的GFSINS/GPS組合導航系統(tǒng)是一個極其復雜的系統(tǒng)，所以論文的側重點為：
　　 第一，證明了無陀螺導航系統(tǒng)中加速度計配置個數(shù)的必要條件，而后設計了一種九加速度計的配置方案，該方案設計簡單，便于安裝，可以同時提供角加速度和角速度乘積項等冗余信息，便于角速度的解算，在得到角速度后對無陀螺捷聯(lián)慣性導航過程進行了推導和仿真。仿真結果表明：使用單一的無陀螺導航系統(tǒng)精度較低，誤差隨時間快速累積，難以滿足導航需要。
　　

4、第二，重點研究了擴展H∞濾波在角速度解算中的應用。仿真結果表明：擴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，而擴展H∞濾波在有色噪聲干擾下對角速度解算精度依然具有較強的魯棒性。
　　 第三，對于GFSINS/GPS組合導航系統(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。在建立組合導航系統(tǒng)的數(shù)學誤差模型后，設計了一種GFSIN