高精度惯导系统在线标定与补偿及动态精度评估技术研究

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1、中图分类号：V249.3论文编号：102870316-S176学科分类号：081102硕士学位论文高精度惯导系统在线标定与补偿及动态精度评估技术研究研究生姓名王洁学科、专业检测技术与自动化装置研究方向现代导航系统综合检测技术指导教师熊智研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchontheTechnologyofOnlineCalibrationandCompensatio

2、nandDynamicAccuracyEvaluationforHigh-precisionInertialNavigationSystemAThesisinDetectiontechnologyandautomationdevicesbyWangJieAdvisedbyProf.XiongZhiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢

3、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，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要惯性导航系统是一种完全自主的导航系统，是航天、航空和航海等领域中广泛使用的主要导航系统，在导航领域中占有突出的地位。新型高性能飞行器所具备的灵活机动与多模态飞行特性及恶劣的飞行环境对机载高精度惯性导航系统的自主性、可靠性和精度提出了更高的要

4、求，如何提高机载惯性导航系统的导航性能这一问题亟待解决。为此，本文针对高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估技术展开了研究，以期实现新型高性能飞行器机载导航系统的高精度、自主、可靠导航，为新型高性能飞行器高精度导航提供理论基础和方法参考。本文研究了惯性导航的关键技术，设计了一种高精度惯性导航系统中的IMU确定性误差的在线标定方法，建立了高精度的惯性传感器误差模型与系统高阶在线标定滤波模型，并对惯性导航系统误差的可观测性进行了分析，研究了各类误差的激励特性，实现了对惯性传感器安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的在线标定，从而有效地提高了飞行器动态飞行过程中的惯性导航系统精

5、度。在高精度捷联惯性导航系统误差模型与在线标定滤波模型建立的基础上，本文提出了一种基于新息自适应滤波的惯性IMU误差在线标定方法。该方法可以通过动态调整系统噪声协方差阵和量测噪声协方差阵，进行IMU误差的自适应在线标定，解决了恶劣飞行环境下常规卡尔曼滤波进行在线标定时噪声模型参数不准确的问题，有效地提高了在线标定方法的准确性和适应性。论文通过仿真验证，证明了所设计的基于新息自适应滤波的惯性IMU误差在线标定方法的有效性。为有效评价惯性导航系统的导航性能，本文针对高精度惯性导航系统动态精度评估方法进行研究，设计了导航系统动态精度评估方案，分析了固定区间平滑滤波算法原理，并对现有的算

6、法进行改进以达到更优的平滑效果。针对不同飞行环境进行了改进型固定区间平滑滤波开环修正、固定区间平滑滤波开环修正与卡尔曼滤波开环修正的仿真对比，仿真结果验证了相较卡尔曼滤波，经固定区间平滑滤波开环修正后，惯性导航系统的导航精度将进一步提高，且改进后的固定区间平滑滤波算法具有更优的平滑效果。因此，利用固定区间平滑滤波算法可获得高精度的导航基准参数，可将其作为系统离线性能评估的参考量，实现对惯性导航系统的动态精度评估。在惯性导航系统在线标定方法与动态精度评估算法理论研究的基础上，构建了高精度惯性导航系统在线标定与补偿及动态精度评估的全数字仿真平台与半物理仿真平台，为高精度惯性导航系统在

7、线标定与补偿及动态精度评估技术提供了良好的验证手段。I高精度惯导系统在线标定与补偿及动态精度评估技术研究关键词：惯性导航，在线标定，精度评估，自适应滤波，平滑滤波II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTInertialNavigationSystemisacompletelyautonomousnavigationsystemwidelyusedinaerospace,aviation,navigationandotherfields,andhasaprominentpo