卫星拒止条件下MIMU导航系统误差抑制方法研究

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基于微惯性测量单元MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)的惯性/卫星导航系统,具有尺寸小、自主性强、功耗低等特点,在航空航天、导航制导、智能交通等领域有着重要的用途。然而目前常见的MIMU的测量精度较低,这导致在卫星拒止条件下(无卫星信号)此类系统的误差容易快速累积,系统的导航性能下降。因此,为了提升卫星拒止条件下MIMU导航系统的精度,本文将从MIMU器件自身误差的补偿以及导航算法方面展开相应的研究工作,论文主要完成以下工作:(1)首先介绍了捷联惯性导航系统涉及的基本原理,包括导航系统中常用的坐标系、坐标系之间的变换关系,初始对准算法、位置更新算法、速度更新算法、姿态更新算法和系统的误差传播方程。此外,分析了基于MIMU的捷联惯性导航系统的误差来源,利用艾兰方差分析法对陀螺的随机噪声进行了辨识。(2)针对随机噪声的非线性等不利因素,采用时间序列分析法对陀螺的随机误差进行统计建模,结合卡尔曼滤波方法,对随机误差进行精确估计补偿。(3)在对随机噪声误差分析的基础之上,针对MIMU的确定性误差,建立陀螺仪和加速度计的数学模型,设计了相应的速率和位置标定实验。利用速率标定实验的结果对MIMU的陀螺仪进行误差补偿,陀螺仪敏感轴和非敏感轴的补偿效果明显;利用位置标定实验的结果对MIMU的加速度计进行了补偿,并取得了满意的效果。(4)针对卫星拒止条件下惯性导航系统误差易发散的问题进行讨论,提出了一种抑制惯性导航系统误差的算法,并通过半实物仿真验证了本算法的可行性与可用性。(5)为了进一步抑制卫星拒止条件下的惯性导航系统的误差,研究了MIMU和里程计(ODO)的组合导航方法。并针对MIMU和ODO组合导航算法高度容易发散问题,提出了一种抑制高度发散的量测模型。在此基础上,研究了图优化(GO,Graph Optimization)方法,通过半实物仿真对提出的算法进行了验证和分析。(6)设计基于DSP+FPGA架构搭建的导航系统试验验证平台的跑车试验。通过分析比对试验结果,证明了本文中所提算法的有效性。
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