文档介绍：上海海事大学
硕士学位论文
捷联惯性导航系统的姿态算法研究
姓名:尹苗苗
申请学位级别:硕士
专业:交通信息工程及控制
指导教师:孔凡邨
20070201
摘要捷联式惯性导靛系统剩甩与载体刚性连接的惯性敏感器件ḿ铀俣计和陀螺仪涑鲂藕爬床暗牡己叫畔ⅲ缢俣取⑽恢谩⒑较蚝痛白颂龋误差源有:仪表误差、安装误差、初始条件跏急曜误差、计算误差、船体角运动所引起的动态误差、。在所有误差中惯性仪表因载体运动所引起的动态误差和计算误差尤为重要。正因为如此。捷联式惯性导航系统必须对陀螺仪表和加速度计所输出的信号进行误差补偿,然后再进行姿态矩阵计算。误差补偿的模型和姿态矩阵的计算方法可以有不同的形式和内容,一般需根据实际系统所用陀螺和加速度计的具体情况而定。本论文着重于捷联式惯性导航系统误差的机理研究。在挖掘系统的自身潜力上,试图在不增加导航系统硬件成本的前提下,研究抑制惯性导航系统硬件误差的新理论、新方法。开始时,惯性导航技术的应用是基于稳定平台技术,它的惯性传感器安装在与船舶运动相对独立的三个平衡环组成的平台上。捷联惯性导航系统简化了平台惯性导航系统的机械复杂性,从而能提供更精确的船位、速度和运动姿态。惯性传感器的个加速器和鐾勇菀侵苯又芰T谠硕靥迳希叫惺保ü褂眉扑慊砑ü,不仅算出了姿态角,而且不断更新航行中的姿态数据。为此,,本文的工作主要包括以下几个方面:在导航坐标系中,,提出了的四元数姿态修正算法。采用预测值和修正值建立了姿态修正算法的预估误差方程,并且使用圆锥运动数据进行了分析。根据实际航行数据与计算数据之间的偏差,,因为它是其他误上海海事大学硬士学位论文●
——姿态矩阵的实时修正,所以,,又关系到“数学平台”航精度。姿态计算机利用三个陀螺仪得到相对于三个正交座标轴的旋转速率。利用这些船体旋转速率在姿态积分函数里进行计算,通常称作为姿态算法,可以得到航速与船位。姿态数据通常表示为方向余弦矩阵和四元数法,,产生的误差也小,所以四元数姿态法可以得到更加准确的精度,因而本文应用了四元数作为姿态数据。为了使在船舶坐标系测量的加速度转换到惯性坐标系,匹元数姿态在每一个步骤都要进行修正,;。这是一个多步骤微分方程数值分析方法,。ê蚆痵方法的预测措施。上面所采用的方法可以直接利用陀螺仪测量的旋转速率,该算法误差比基于旋转角计算的姿态算法误差要小。然而要注意的是陀螺仪的数据输出速度比姿态算法计算过程要快,。虽然椒ǖ脑げ獠街韬托拚街枋堑刃У模话闱榭鱿滦正步骤的截取值的误差比预测步骤的小,,得到漂移误差,:惯性传感器误差和计算误差。因为系统误差随时间增加而传播,所以系统精度受误差传播结果的影响。最终描述了陀螺仪和加速计的数学模型,其中包含了它们的误差系数。的误差模型建立也是一个系统性能的主要过程。捷联惯性导航系统的精度受来自于航行原始数据与各种成分的不完整性产生的误差数据限制。通过系统输出的速度、船位和姿态数据产生的扰动微分方上海海事大学硕士学位论文
.并且,噫込卸.。初始四元数为緇四元数姿态误差传播是用姿态实时计算机的输出、陀螺仪旋转角速度测量和导航程,建立了的误差模型,这个基本微分方程可以适用于不同的坐标系。误差模型的微分方程可以分成为平动误差方程和姿态误差方程两种,分别反映惯导系统的平动误差传播特性和姿态误差传播特性,;姿态误差方程的两种表示形式取决于方程中的变量是取平台坐标系与计算地理坐标系之间