冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究硕士研究生：牟宏杰指导教师：程建华教授学科：控制科学与工程、专业论文主审人：黄卫权教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究硕士研究生：牟宏杰指导教师：程建华教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：黄卫权教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究硕士研究生：牟宏杰指导教师：程建华教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工

2、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:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchofRotation-ModulationMethodbasedonRedundantStrapdownInertialNavigationSystemCandidate:MouHongjieSupervisor:Prof.ChengJianhuaAcA/DemicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecial

3、ty:Control,ScienceandTechnologyDateofSubmission:January.2018DateofOralExamination:March.2018University:HarbinEngineeringUniversity冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究摘要捷联惯导系统作为船舶、飞行器、制导武器等运载体的核心导航系统，其工作可靠性和长时间精度是关乎任务执行成败的关键技术指标。然而传统捷联惯导系统受限于自身三轴正交配置结构和导航机理，单个惯性器件故障会直接导致系统无法工作且导航误差随时间累积较快。从惯性器件自身提升可靠性和精度难度很大，因

4、此在系统级层面上通过冗余技术和旋转调制技术提升系统可靠性和导航精度倍受关注。其中，器件级冗余具备明显成本、体积优势，旋转调制技术能够保证系统自主性同时提升精度，研究并实现二者有机结合对捷联惯导系统性能的综合提升具有重要意义。本文先计算并分析冗余系统可靠性、可靠性增幅、可靠性比值与冗余数目的关系，在此基础上分析正交配置结构和斜置结构对系统可靠性的不同影响。概述捷联惯导系统基本原理和旋转调制方法调制惯性器件误差的技术本质。开展冗余式捷联惯导系统旋转调制方法的总体设计，构建多重设计指标约束的冗余方案优化准则，并从系统可靠性、导航特性、故障状态量测精度方面分析冗余方案性能。设计基于冗

5、余配置的旋转调制总体方案和实现算法，并从旋转轴选取、旋转方案改进、旋转角速率确定三个方面完成冗余式捷联惯导旋转调制方案的整体优化和调制效应分析。针对陀螺仪数量为四和六两种冗余系统，分别具体开展冗余式捷联惯导系统旋转调制方案设计。针对四冗余系统，优化设计了一种四面体配置方案，与斜置配置方案和四棱锥配置方案进行系统可靠性以及单故障条件的测量精度比对，利用Pro/E软件设计并加工了四面体配置的IMU台体安装结构。分别设计基于四面体配置的捷联惯导单轴往复旋转调制方案和双轴八次序旋转调制方案，抑制冗余惯性器件误差。仿真实验表明系统可靠性较非冗余系统提升1.75倍，速度精度和定位精度明显

6、提升。针对六冗余系统，设计了一种六棱锥冗余配置方案，与六斜置配置方案、十二面体配置方案进行性能比对，该方案在系统可靠性、单故障和多故障状态的测量性能以及工程实现方面具备显著优势。将优化的六棱锥配置方案装备捷联惯导系统，并设计单轴180−360旋转调制方案和双轴十六次序旋转调制方案，将六棱锥冗余配置方案和旋转调制方法有机结合。仿真结果验证了六棱锥冗余式捷联惯导旋转调制方案同时提升系统可靠性和导航精度的有效性。关键词：捷联惯导技术；可靠性；导航精度；冗余配置；旋转调制冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究AbstractStrapdowninertialnavigationsys

7、tem(SINS)isacorenavigationsystemofships,aircrafts,guidedweaponsandothercarriers.Thereliabilityandlong-termaccuracyarethekeytechnicalindicatorsrelatedtotheefficiencyofmissionexecution.However,traditionalSINSislimitedbyitsownthree-axisorthogonalconfigurati