动态干扰条件下捷联惯导的纬度未知自对准方法研究

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1、中文图书分类号：TP273密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：动态干扰条件下捷联惯导的纬度未知自对准方法研究论文作者：赵健学科：控制科学与工程指导教师：刘红云副教授论文提交日期：2016年5月UDC：621.3单位代码：10005中文图书分类号：TP273学号：S201302138密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目:动态干扰条件下捷联惯导的纬度未知自对准：方法研究英文题目:：STUDYOFTHESELF-ALIGNMENTMETHODUNDERLATITUDEU

2、NKNOWNINDYNAMICDISTURBANCECONDITION论文作者：赵健学科：控制科学与工程研究方向：导航制导与控制申请学位：工学硕士指导教师：刘红云副教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

3、明确的说明并表示了谢意。签名：赵健日期：2016年05月15日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：赵健日期：2016年05月15日导师签名：刘红云日期：2016年05月15日摘要摘要初始对准技术是捷联惯性导航系统的重要技术之一，初始对准的精度和速度直接决定了捷联惯性导航系统的性能。目前，静基座对准的方法已经相对比较成熟，并成功应用于各

4、类捷联惯导系统中。但是，在动态干扰环境下如何实现高精度的自对准，尤其是在水下、地下、树林、城市等复杂动态干扰环境中，无法利用GPS等设备获取纬度信息，而必须依靠惯性传感器自身的测量信息实时计算纬度信息并进一步自主完成初始对准，仍是捷联惯性导航系统亟待解决的关键问题。针对纬度未知的动态干扰条件下捷联惯导系统的自对准问题展开研究，利用重力加速度在惯性空间投影不变这一特性，实时计算出高精度的纬度信息并完成初始对准。本文的研究工作主要有以下几个方面：首先，提出了一种动态干扰环境下基于惯性坐标系的纬度实时计算方法。利用重力加速度在惯性坐标系投影不变的特

5、点，构建几何解析公式求解一定精度的纬度信息。但是，直接采用重力加速度计算纬度信息，由于线振动等干扰可能导致计算出现较大误差，甚至可能出现纬度不可计算的问题。本文通过对重力加速度进行积分得到速度信息，使用积分平滑后的速度信息进行实现纬度计算，可以有效降低线振动干扰带来的误差，保证了纬度计算的精度和有效性，误差分析和实验结果证明了算法的有效性。在此基础上，利用惯性系重力加速度包含指北信息的特性，实现了捷联惯导系统的粗对准，仿真实验证明该方法可以在动态干扰条件下实现纬度未知的粗对准。其次，在完成粗对准的基础上，建立了纬度未知动态干扰条件下的精对准误

6、差模型，并将线振动、杆臂干扰、纬度误差视归结为不确定干扰，采用基于新息的自适应滤波方法实现捷联惯性导航系统的自对准。一是针对模糊自适应滤波算法存在响应曲线不够平滑，可能导致数值突变引起误差的问题，从滤波器的最严格收敛判据出发，使用指数函数拟合代替模糊推理进行自适应调整，不仅提高了计算精度，而且避免了事先根据经验进行模糊化、模糊推理、解模糊等复杂过程，实验结果表明了算法的有效性。二是针对新息自适应算法实际协方差存在较大偏差的问题，引入了加权计算方法，从而降低较大偏差的新息在实际协方差中的比重，在保证新息自适应滤波算法性能的前提下，有效提高了系统

7、的稳定性，实验结果证明改进后的自适应滤波算法有效实现了捷联惯导系统的纬度未知的自对准。最后，针对陀螺仪和加速度计等传感器的统计特性未知引起的精对准模型的噪声不确定，并可能导致精对准过程不稳定的问题，提出了一种同时估计量测噪-I-北京工业大学工学硕士学位论文声和过程噪声的自适应滤波算法。基于新息的自适应滤波算法的基本原理，通过引入计算新息的理论值与实际值之间的马氏距离作为判断新息误差并计算新息的加权，调整估计量测噪声和过程噪声中新息所占比例，降低了新息中较大误差的影响，提高了系统的鲁棒性。实验结果表明，这种新的自适应方法能够有效的解决动态干扰条

8、件下捷联惯导系统的纬度未知自对准问题。关键词：初始对准；纬度未知；惯性坐标系；实时性；自适应滤波IIAbstractAbstractTheinitialalignm