光纤捷联惯导系统的阻尼及校正技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文光纤捷联惯导系统的阻尼及校正技术研究硕士研究生：卢曼曼指导教师：张勇刚教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：徐博副教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文光纤捷联惯导系统的阻尼及校正技术研究硕士研究生：卢曼曼指导教师：张勇刚教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfor

2、theDegreeofM.EngResearchondampingandcorrectiontechnologyofopticalfiberstraptowninertialnavigationsystemCandidate:LuManmanSupervisor:ProfessorYonggangZhangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan.2018DateofO

3、ralExamination:Mar.2018University: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

4、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

5、等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日光纤捷联惯导系统的阻尼及校正技术研究摘要惯导系统在提供初始状态情况下，通过牛顿第二定律，递推解算载体的速度、位置与姿态信息，无需接收或发射任何外部信息即可定位，因其自主性、隐蔽性、安全性被广泛应用于各个领域。捷联惯导系统的加速度计和陀螺仪直接安装在载体坐标系上，结构简单，体积小，成本低，可靠性高，因此成为研究和应用的热点。初始误差，惯性元器件误差等都是产生系统误差的重要原因，若不对误差项进行抑制，长时间航行会偏离航线，无法准确定位。本文从捷联惯导系统的误差模型出发，研究重点在于抑制

6、和补偿舒勒振荡误差与陀螺漂移引起的发散的位置误差，因此在长航的光纤捷联惯导中加入阻尼和校正环节尤为重要。本文首先概述了捷联惯导系统的工作原理，详细介绍了导航解算的姿态更新、速度更新和位置更新机制，同时推导了系统的误差方程，详细讨论了误差方程的传播规律并进行仿真，验证随机漂移会导致舒勒振荡幅值随时间增大，说明了引入阻尼环节的必要性。因此，本文介绍了基于经典控制理论的传统阻尼方法和基于现代控制理论的卡尔曼滤波的外水平阻尼方法。随后本文对长时间运行的系统进行误差分析，在航行时间较长的系统中，常值陀螺漂移依然是引起位置误差发散的原因，所以

7、须对位置进行重调。本文介绍了两点校正、三点校正的常值陀螺漂移估计法和基于卡尔曼滤波技术的随机综合校正方法。随后，针对系统在阻尼状态下外参考速度误差突然变化会引起超调的现象，本文提出基于自适应互补滤波的阻尼算法。具有高频特性的常速度网络和具有低频特性的相位滞后-超前网络进行匹配后得到同时具有高低频特性的高阶网络，且大阻尼比的网络具有较快的衰减特性，但其外参考速度不准确时却会出现较大的超调，因此将外参考速度与系统解算速度之差引入实时选取阻尼系数的自适应机构，获得适合不同外参考速度误差的最优阻尼系数，消除由于环境突变带来的不可估计的误差

8、，仿真和车载实验均证明该算法可消除舒勒振荡和超调。最后，针对外部传感器噪声统计特性变化的情况，本文提出基于自适应卡尔曼滤波的校正方法，通过变分贝叶斯近似获得未知的量测噪声的后验概率密度。与标准Kalman滤波实现的综合校正相比，基于自适应滤波算法的