激光陀螺捷联惯性导航系统零速修正技术研究.pdf

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1、激光陀螺捷联惯性导航系统零速修正技术研究李小芳2015年1月中图分类号：UDC分类号：激光陀螺捷联惯性导航系统零速修正技术研究作者姓名李小芳学院名称自动化学院指导教师谢玲教授答辩委员会主席陈家斌教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月TheResearchofZeroVelocityUpdateforLaserGyroscopeStrap-downInertialNavigationSystemCandidateName:LiXiaofangSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFac

2、ultyMentor:Prof.XieLingChair,ThesisCommittee:Prof.ChenJiabinDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor:ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015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，也不包

3、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将零速修正技术应用于激光陀螺捷联惯性导航系统，可以在不增加成本的情况下提高激光陀螺捷联惯性导航系统的定位精度。零速修正利用惯性导航系统停车时的速度输出作为速度误差的观测量，进而对位置、姿态等其他误差进行校正，方法廉价而有效。常见的零速修正方法有二次曲线拟合零速修正、卡尔曼滤波零速修正等。二次曲线拟合零速修正即是根据惯性导航系统在停车区间的速度输出求出二次曲线速度误差方程的三

4、个待定系数，进而估计出两个停车点之间的位置误差并补偿，以提高惯性导航系统的定位精度。卡尔曼滤波法则是利用停车时的速度输出作为观测量，根据惯性导航系统的误差方程，能较全面地估计系统的速度误差、位置误差、姿态角误差等并进行补偿，以降低惯性导航系统累积的各项误差。二次曲线拟合零速修正方法简单，但是样本利用率低，并且要求载体停车时间间隔较短。卡尔曼滤波法的误差估计效果对参数较敏感，需要对滤波器参数进行反复调整，误差估计精度需要经过几次停车后才能达到最优，而开始的几次修正可能效果并不理想，并且系统特性若发生变化可能严重影响误差估计效果。本文在分别对二次曲线拟合零速修正方法和卡尔曼滤

5、波零速修正方法进行研究以及采用实际跑车数据进行仿真验证的基础上，提出了基于支持向量机回归曲线拟合的零速修正方法。基于支持向量机回归曲线拟合零速修正可采用机器学习，充分利用载体停车区间的速度误差样本，按照误差最小准则，来拟合速度误差，并在此基础上对位置误差进行补偿修正。基于支持向量机回归曲线拟合零速修正在载体停车时间间隔较长的情况下对速度误差精度的拟合亦能比较准确，因此可用于停车时间间隔较长情况下的零速修正。停车区间的判定对零速修正而言十分重要，因此论文同时也探究了停车区间的判定方法，分别采用加速度幅值检测器、加速度均方差检测器、角速度能量检测器对停车区间进行检测，并给出了

6、仿真验证结果，由仿真实验结果知三种零速检测器都能较精确地检测出停车区间。关键词：激光陀螺捷联惯性导航；零速修正；二次曲线拟合；卡尔曼滤波；支持向量机；零速检测器I北京理工大学硕士学位论文AbstractZerovelocityupdate(ZUPT)appliedinlasergyrostrap-downinertialnavigationsystem(SINS)canimprovethepositioningaccuracyofsystemwithoutnoadditionalcost.ZUPTutilizesspeedoutputofSINSduringthestop

7、pingintervalsasobservablestoestimateandcorrectthepositioningerrorsandattitudeerrors.Low-costandeffective,ZUPTisanessentialerrorcontrolmethodforSINS.TheZUPTmethodbasedonconicfittingandtheZUPTmethodbasedonkalmanfilteringaretwofrequently-usedmethods.TheZUPTmethodbasedo