惯性测量系统误差标定与分离技术研究

【摘要】: 为提高惯性测量系统的精度，本文从惯性测量系统的高精度标定和飞行测试误差的分离两个方面进行了深入研究，得出了许多有意义的结果. 对于惯性测量系统的地面校准测试，分析了惯性系统，尤其是平台惯性系统的校准方法. 对于多位置校准测试，深入讨论了平台框架轴误差和角度传感器误差对误差系数校准精度的影响. 这两个误差主要影响陀螺仪安装误差以及所有加速度计误差系数的估计. 提出了一种平台型系统的连续翻车自校准方法. 详细分析了其物理机理，并推导了数学模型. 详细讨论了模型的可观察性，滤波方法和参数敏感性，为工程实现提供了理论依据. 基础. 该方法校准时间短，估计精度高. 针对惯性测量装置的误差系数随温度变化的情况，将交叉验证技术引入误差系数温度漂移建模中，详细推导了基于交叉验证的温度漂移建模准则，与传统的AIC标准和MDL标准不同. 与交叉验证技术相比，建模精度更高，更适合于小样本情况下的模型选择. 无陀螺惯性系统是一种全新的惯性测量系统，其使用精度受配置安装误差的影响很大. 本文给出了六个加速度计和九个加速度计这两种配置中的配置安装误差的定义，并提出了针对配置安装误差的校准方案和补偿方案. 仿真结果表明，定向安装误差标定的相对误差优于3％. 尽管校准转盘的角速度对位置安装误差有很大的影响，但是在较大的角速度下，相对误差可以小于8％.

补偿方案的计算过程很简单，可以补偿超过85％的安装误差. 航天陀螺仪系统是航天器重要的姿态测量传感器. 本文研究了空间陀螺误差漂移模型的在轨校准方法，并比较和分析了显式校准方法和隐式校准方法的性能. 精度基本相同，但是显式校准方法显然受到航天器姿态动力学建模精度的影响. 针对空间陀螺仪常见的冗余配置，通过模型替换技术采用隐式校准方法，对陀螺仪冗余配置情况下的校准方法进行分析，提高了校准精度. 弹道导弹制导工具误差分离模型是工具误差分离的基础. 讨论了平台系统环境函数矩阵的精确计算惯性测量系统，并提出了一种利用外部测量数据并应用迭代技术精确计算环境函数矩阵的方法. 仿真计算表明，这两种方法可以有效提高环境函数的计算精度. 针对捷联惯性系统的工具误差分离问题，建立了基于环境函数矩阵的捷联系统工具误差分离模型，并通过六自由度弹道仿真验证了模型的正确性. 初始发射参数的误差分离是机动发射工具误差分离的新问题. 本文深入分析了初始发射参数误差对弹道遥测和外部测量数据的影响，推导了初始发射参数误差分离模型. 结果表明，除了一小部分误差系数无法分离外，大多数工具误差系数和初始启动参数误差都是可分离的，分离模型是线性的. 六自由度弹道仿真软件验证了模型的正确性.

在指导工具的误差分离中，由于环境函数矩阵的复杂共线性严重，因此尚未很好地解决此问题. 在分析传统方法的基础上，提出了导出特征根方法，偏最小二乘法和支持向量机方法. 导出特征根法是对传统主成分法惯性测量系统，偏最小二乘法和支持向量机法的改进，完全避免了病态矩阵求逆的问题. 仿真实例和工程应用表明，这三种方法在一定程度上可以克服环境函数矩阵的严重复共线性造成的较大的估值偏差问题. 本文的工作对提高惯性测量系统的精度和提高导弹的作战效能具有重要意义.

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