捷联惯性系统初始对准研究

惯导系统的初始对准是影响系统使用性能的关键技术之一,对准的精度与速度直接关系到惯性系统的精度与启动特性。本文针对精确快速动基座对准的要求,作了以下几个方面的研究: 1.对捷联惯性系统的误差方程进行了研究。首先定义了几种导航常用坐标系,阐述了捷联惯性系统的基本工作原理,然后研究了捷联惯性系统的姿态更新算法,进而基于地理坐标系给出其基本动力学方程,并推导了误差方程。 2.对卡尔曼滤波及其在初始对准中的应用进行了研究。首先介绍了卡尔曼滤波理论的应用背景,然后推导了离散卡尔曼滤波方程,并对连续系统的状态方程进行离散化。提出了适用于舰载捷联惯性系统的动基座对准的2通道10个状态变量和2通道12个状态变量的系统动态模型,并建立了相应的速度匹配和位置匹配量测模型。 3.对捷联惯性系统动基座初始对准的可观测性和可观测度进行了全面的分析和研究。采用PWCS(分段定常系统)可观测性分析理论和方法定性地分析了载体各种机动特性对捷联惯性系统对准过程可观测性的影响;利用SVD(奇异值分解)分析法定量地分析了捷联惯性系统在各种运动基座对准时系统状态变量的可观测度,得出了许多有用的结论,为对准时最佳机动方案的设计提供了理论依据。 4.对捷联惯性系统在各种运动基座初始对准的卡尔曼滤波进行了仿真,其结果证实了SVD分析法的正确性和有效性。为了达到最佳的估计效果,根据各状态的可观测度设计了一种最佳组合机动方式来估计各个状态量,仿真结果表明采用组合运动方式分时段分别估计各个状态量可较好地估出惯性敏感器的误差,明显提高了捷联惯性系统对准速度和精度。