激光陀螺捷联惯性导航系统算法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文激光陀螺捷联惯性导航系统算法研究硕士研究生：陈帅指导教师：丁继成讲师学位级别：工学硕士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：自动化学院论文提交日期：2012年12月论文答辩日期：2013年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonAlgorithmforLaserGyroscopeSINSCandidate:ChenShuaiSupervisor:Lec.DingJichengAcademicDegreeAppliedfor

2、:MasterofEngineeringSpecialty:NavigationGuidanceandControlDateofSubmission:December,2012DateofOralExamination:March,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的

3、个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学

4、位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日激光陀螺捷联惯性导航系统算法软件设计摘要随着国内激光陀螺技术的成熟，激光陀螺捷联惯导系统的研究与应用已在不断的深入。鉴于国内航空、航天，航海等领域对高精度自主式导航系统的大量需求，以及激光陀螺捷联惯导系统在动态环境下部分技术研究存在不足，本文围绕激光陀螺随机误差特性的分析、建模与补偿、激光陀螺捷联惯性导航系统的初始对准技术、高动态环境下的导航解算算法及其各子系统的软件开发等方面作了较为细致的研究和设计工作。（1）针对采集的激光陀螺数据存在野值和其他干扰情况

5、，提出激光陀螺随机误差信号分析、建模与补偿方案。采用小波分析信息融合法完成了原始数据的分析、重构和预处理；利用动态数据系统法(DynamicDataSystem，DDS)建立了适合的自回归滑动平均(Auto-RegressiveandMovingAverage，ARMA)模型，通过其系数建立系统状态空间模型，由卡尔曼滤波法进行实测数据的滤波补偿；最后，通过Allan方差法对滤波补偿前后数据进行随机误差的辨识与分析。结果表明，激光陀螺数据的建模滤波补偿效果较为明显，该方案能够有效的降低随机误差源的干扰，提高数据精度。（2）针对传统解析式粗对准在基座晃动剧烈情况下无法给出较为合理的失准角问

6、题，本文采用一种基于惯性系凝固的粗对准方法完成了动基座粗对准，在此基础上，建立了系统的精对准状态空间模型，对基于惯性系下的精对准进行了深入的研究。仿真结果表明，该方案能够满足机载捷联惯导系统的初始对准方位精度的要求。（3）通过对比传统姿态更新算法与旋转矢量算法的优缺点，在考虑高动态环境的影响下，对旋转矢量的三子样算法及其优化算法进行了深入分析；在速度更新算法中考虑了划船效应和旋转效应的影响，对划船效应的三子样算法及其优化进行了研究；在位置更新算法中考虑了涡卷效应的影响，对涡卷效应的三子样补偿算法进行了推导。最后分别对各导航解算更新算法进行了仿真对比与分析。仿真结果表明，在高动态环境下，

7、圆锥运动、划船运动和涡卷运动对导航精度影响严重，多子样的补偿算法及其优化补偿算法改善了机体在恶劣航行条件下所产生的干扰误差。（4）激光陀螺捷联惯导系统软件设计。基于前述研究成果，对整个系统算法软件实现的体系结构和流程进行了设计，并利用简单、通用的C#语言完成了程序编写。运行结果与算法仿真结果一致，能够为实测数据分析和算法验证提供方便。本文针对机载激光陀螺捷联惯导系统实现中较为关键的技术问题进行了深入的研究，数据处理方案、仿真结果和软件运行结果正