惯性导航系统关键参数在线标校技术研究

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1、惯性导航系统关键参数在线标校技术研究梁源2016年1月中图分类号：V249.32UDC分类号：621.3惯性导航系统关键参数在线标校技术研究作者姓名梁源学院名称自动化学院指导教师肖烜副教授答辩委员会主席张长泉教授申请学位工学硕士学科专业控制工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月Studyontheon-linecalibrationonthekeyparametersoftheinertialnavigationsystemandtheerrorcompensationtechnologyCandidateName：LiangYuanSchoolorDepartment:

2、AutomationFacultyMentor:ViceProf.XiaoXuanChair,ThesisCommittee：Prof.ZhangChangquanDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不

3、包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要惯性导航系统（INS）以其自主性、隐蔽性和精确性的优势，在海、陆、空、天等多个领域获得了广泛应用。惯性器件误差随时间、环境等因素的变化而改变，时变的惯性器件误差会严重地影响INS的导航定位精度。因此如何对时变的惯性器件误差进行在线实时标校是导航领域的研究重点。误差参数在线标校是在不对INS进行拆卸的前提下，通过设计载体机动方式完成对时变误差参数的激励，利用外参考信息完成对误差参数的估计，

4、通过可观测度判断估计结果的可靠性，最后对惯性器件误差进行反馈补偿而有效地提升导航精度。本文针对INS误差参数在线标校的客观需求，提出并解决了以下技术问题：1.最优标校路径的设计；2.基于受约束最优化的可观测度分析方法设计；3.基于输出耦合的自适应Kalman滤波方法设计。首先，考虑到载体的机动路径会通过影响INS的误差模型而影响误差参数的可观测性，载体的机动路径在理论上决定了误差参数的估计结果是否收敛。为了保证全部误差均可观测，本文采用了逆可观测性分析方法对INS的标校路径设计进行研究，提出并证明了最优INS标校路径的设计准则。其次，在保证误差参数完全可观测的基础上，提出了一种基于受约束

5、最优化的可观测度分析方法，准确地揭示了估计结果的可靠性与系统模型参数的联系，同时通过理论证明了该方法的准确性。和传统方法相比，改进方法所提供的独立状态的可观测度更加符合误差参数在线标校的实际要求。最后，考虑到实际标校环境的不确定性会降低滤波结果的精度，本文提出了一种基于输出耦合的自适应Kalman滤波方法，充分利用输出中隐含的信息来有效地消除环境不确定性对标校结果的影响，并证明了该在线辨识方法的准确性。将该Kalman滤波方法应用于INS关键误差参数的估计中，有效地提高了误差参数的标校精度。在详细的理论分析证明和准确的算法仿真验证的基础上，利用实际船舶标校实验证明了INS关键误差参数标校

6、方案的有效性，与原有方法相比，该方法显著提高了INS的导航定位精度。关键词：INS关键误差参数标校；可观测度分析；标校路径设计；自适应Kalman滤波I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheinertialnavigationsystem(INS)hasbeenwidelyusedinthefieldsofsea,land,airandspacebecauseofitsindependence,securityandaccuracy.However,theaccumulationoftheerrorsofinertialinstrumentscausesthattheprecis

7、ionofthesystemdecline,theinhibitionoftheerrorsisaprimaryissueofnavigationstudy.OnthepremisethattheINSisnotremoved,itenhancesthenavigationaccuracyofINSbythefollowingmethods.Selectingapropermaneuvertomakesurethatalltheer