捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)高階導(dǎo)航算法研究.pdf

1、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)因其體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低和易于維護的特點，被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，是一種十分優(yōu)秀的慣性導(dǎo)航技術(shù)。而設(shè)計計算性能優(yōu)越的導(dǎo)航算法，有利于提高捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。本文從提高捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度的實際需求出發(fā)，對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)更新技術(shù)誤差模型的建立以及濾波算法的實現(xiàn)開展深入研究。
　　首先，本文對歐拉角法、四元數(shù)法和Rodrigues參數(shù)法等姿態(tài)描述方法展開了系統(tǒng)的研究，并推導(dǎo)分析這幾種載體姿態(tài)描述方

2、法之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系；提出了基于對偶四元數(shù)的姿態(tài)描述方法，并根據(jù)四元數(shù)的傳遞對準誤差模型，建立了加性對偶四元數(shù)傳遞對準誤差模型；本文對兩種誤差模型進行對比研究并進行仿真實驗，仿真結(jié)果驗證了基于對偶四元數(shù)誤差模型的算法計算性能的優(yōu)越性，為新型捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)描述方法和誤差模型建立的研究提供了重要的參考依據(jù)。
　　然后，本文通過對Bayesian最優(yōu)濾波理論的詳細分析，分析推理了基于無跡變換的無跡卡爾曼濾波UKF濾波算法、基于插值

3、逼近的Stirling多項式插值濾波算法以及中心差分濾波CDKF算法的理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)方法；之后對基于球面容積準則的容積卡爾曼濾波CKF算法進行理論分析，并在此基礎(chǔ)上分析推理了CKF算法和高階CKF算法的實現(xiàn)方法，從理論上分析推導(dǎo)了高階CKF在捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性及其計算精度優(yōu)勢，為高階CKF算法在慣性導(dǎo)航的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)；接著文章針對高分辨率機載SAR運動補償問題，建立了基于SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型，利用

4、本文所提出的高階CKF來開展機載SAR運動過程中姿態(tài)解算，并進行了仿真實驗。經(jīng)過仿真分析，驗證了高階CKF算法具有計算精度高、收斂速度快的特點，計算性能十分優(yōu)越。
　　最后，本文對所提的高階CKF算法進行一些優(yōu)化設(shè)計。針對傳統(tǒng)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航四元數(shù)歸一化保范性計算控制程序復(fù)雜、計算量大的問題進行優(yōu)化，提出利用Padé逼近的方法進行四元數(shù)保范性計算，并詳細分析Padé逼近進行保范性計算的優(yōu)勢。經(jīng)過仿真實驗分析，仿真結(jié)果驗證了Padé逼近