无陀螺惯性测量组合算法研究及优化

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1、哈尔滨T业大学T学硕k学位论文摘要惯性导航是一门综合性技术，用于对运动体的姿态和位置等参数的确定，是实现运动体自主式(即工作时不依赖于外界的信息，不受气候和电子干扰的影响)控制和测量的最佳手段。因此，它广泛用于航天、航空、航海等领域。由于惯性导航的自主性，使得惯性导航技术在军事上有着特殊的使用价值。惯性导航系统通常用陀螺测量角动量，用线加速度计测最加速度。如果系统中只使用线加速度计同时侧量运动载体的加速度和角速度，这便是无陀螺惯性测量组合(Gyro-FreeInertialMeasurementUnit)。用线加速度计

2、代替陀螺，不仅可以大幅度降低惯导成本，还可以克服陀螺无法适应大角度测量的弱点。本课题所研究的无陀螺惯性测量组合采用加速度计来给出导航所需要的角加速度、角速度以及线加速度等参数，具有大动态测量范围、功耗低、使用寿命长、重量轻、可靠性高、启动时间短等优点。本文将就如下几个方面进行研究:对无陀螺惯性测量组合中的关键问题，即角速度解算的问题进行研究。角速度解算的方法取决于加速度计在配置方案中的安装位置及敏感方向。因而不同的加速度计配置方式将对角速度的求解产生影响。文中对三种配置方式研究和仿真并比较了角速度求解的精度.研究了加速

3、度计配置可行的一种数学描述，通过这种描述我们可以根据公式判定某种配置是否可行，同时可以给出加速度计的输出方程。对基于自适应Kalman滤波的GPS/GF-IMU的组合制导进行了研究。传统的滤波要求系统噪声的统计特性是已知的，而在实际应用中系统的噪声特性通常是未知的，这样导致传统Kalman滤波器容易发散，为解决该问题，引入了自适应滤波方法。同时进行了实验系统的初步组建。利用加速度计、AD.DSP等芯片进行仿真系统的初步调试，为算法嵌入DSP中做准备。关键词惯性导航系统;无陀螺惯性测量组合;加速度计;角速度;自适应Kal

4、man滤波哈尔滨T业大学工学硕士学位论文AbstractTheinertialnavigationisanall-aroundtechnologyfordetectingtheattitudeandpositionofamovingobject.(Notrelyingonthetransmissionofanexternalnavigationstationandanelectricwaveduringtheoperation).Itiswidelyusedinthefieldsofspaceflight,aviati

5、on,navigation,etc.Becauseofthenavigationsystem'sindependence,theinertialnavigationtechnologyhasgreatimportanceinmilitaryapplication.Inertialnavigationsystemusuallyusesgyroscopestosenseanglemotionanduseaccelerometerstoevaluatelinearacceleration.However,usingonlyl

6、inearaccelerometersalsomaysenseboththeangularvelocityandthelinearaccelerationofavehicle,whichistheGyro-FreeInertialMeasurementUnit(GF-IMU).UsinglinearaccelerometersintheIMSinsteadofgyroscope,itnotonlycanmaketheinertialnavigationcosteffective,butalsocanovercometh

7、edemeritthatgyroscopeisincapableofthegreatanglemotion.InthisreporttheGF-IMUadoptsallaccelerometerstomeasuretheparametersofangularacceleration,angularvelocityandlinearacceleration,etc.Thissystemhastheadvantageofwidemeasuringrange,lowconsumption,longtimerunning,li

8、ghtweight,highreliabilityandshortstartingtime.Thethesismainlydiscussesthefollowingaspects:TostudythekeyproblemintheGF-IMU一howtocalculatetheangularvelocity.Thewaytocal