旋转惯导系统旋转策略的全过程优化及实现

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61503404
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
22.0万
负责人：
查峰
依托单位：
中国人民解放军海军工程大学
学科分类：
F0307.导航、制导与控制
结题年份：
2018
批准年份：
2015
项目状态：
已结题
起止时间：
2016-01-01 至2018-12-31

项目参与者：
许江宁；常路宾；常国宾；李杨；李开龙；何泓洋；郭士荦；薛博阳；
关键词：
惯性测量单元旋转调制误差补偿捷联惯性导航初始对准

项目摘要

In rotating inertial navigation system（RINS）,the constant errors of inertial sensors are modulated by the periodic rotation of the inertial measurement unit(IMU). But at the same time, the rotation will also introduce additional error into RINS. So optimization and implementation of IMU rotation scheme are critical to improve the accuracy of RINS. In this project, the mathematical expression and propagation principle of the traditional errors in single-axial, double-axial and tri-axial rotation scheme are analyzed and consequently the systemic and complete error characteristic of RINS is established based on the error equation of RINS.The rational and effective rotation scheme is designed to meet the different requirements of inertial alignment, navigation and calibration of RINS. To decrease the coupling of IMU rotation and vehicle angular rate, the vehicle sway is isolated by improving the IMU rotation scheme. And then, the high-accuracy rotation control algorithm is researched to implement the designed scheme and depress the negative impact brought by IMU rotation at the greatest degree.

旋转惯导系统通过对惯性测量单元（IMU）的周期性旋转调制惯性器件的常值误差，但旋转也会引入额外误差，因此IMU 旋转策略的优化及控制实现是提高惯导系统精度的核心技术。项目拟从旋转惯导系统的误差方程出发，推导单轴、双轴、三轴等不同旋转策略下传统误差源的数学表现形式和传递规律，建立相对系统、完善的旋转惯导系统误差特性理论；针对初始对准、导航解算、后期标定等贯穿旋转惯导系统设计全过程的误差抑制需求，设计合理、有效的旋转控制策略，最大程度发挥旋转带来的误差改善作用；为减小旋转运动与载体运动的耦合效应，通过完善系统的旋转策略有效隔离载体运动，同时，基于因旋转而引入的误差对系统精度影响的定量分析，研究高精度的旋转控制算法实现优化的旋转策略，最大程度上抑制旋转带来的负面影响。

结项摘要

本项目针对海军高精度水下自主定位需求，开展旋转惯导系统的旋转策略优化设计与高精度控制研究。首先，基于捷联惯导系统的误差方程，建立了旋转惯导系统的误差模型，推导了陀螺漂移、刻度系数误差、安装误差在不同旋转方案下的误差调制特性，定量分析了由于旋转带入的转轴不正交误差、测角误差、换向误差对于系统精度的影响,建立了相对完善的旋转惯导系统误差理论；其次，针对目前旋转策略中，一个旋转周期内的速度误差累积，导致位置误差振荡加大的问题，提出了一种优化的十六位置旋转方案，方案通过合理设计旋转秩序和方向，减小安装误差与旋转运动耦合，抑制了速度累积误差；在此基础上，针对旋转惯导系统的结构特点与动力学关系，建立了三轴旋转惯导系统的控制模型，详细分析了在隔离载体运动条件下系统的控制方案与实现方式；最后，面向惯导系统的高精度控制需求，研究了目前常用的PID控制、模糊控制的优势与局限，提出了一种基于模糊推理在线调整PID参数的模糊自适应PID控制算法，算法在保证控制精度的同时，提高了鲁棒性。数值仿真和实测数据试验验证了本文研究算法的有效性。在本项目的资助下，发表SCI国际期刊论文15篇，EI论文13篇，申请国家发明专利1项，协助指导毕业硕士研究生3名，博士研究生3名。项目组1人获全国博士后创新人才支持计划。项目研究的惯导系统误差理论等部分成果成功应用，获军队科技进步二等奖1项，湖北省科技进步二等奖1项。