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星载光纤陀螺捷联系统误差建模研究

专 业: 控制科学与工程
关键词: 对地定向三轴稳定卫星 星载光纤陀螺 捷联系统 误差建模 姿态确定 卡尔曼滤波 小波滤波
分类号: V441.5  V448.22
形 态: 共 74 页 约 48,470 个字 约 2.319 M内容
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内容摘要


未来卫星的发展趋向于微小型化,不可能在星上装备复杂的导航设备,因此发展星载光纤陀螺捷联系统便成为一大趋势。

影响该系统导航精度的主要因素有:

随时间积累而累积的光纤陀螺随机漂移;姿态确定时的姿态估计精度。

目前,国产光纤陀螺精度较低,且提高光纤陀螺硬件精度成本高、难度大,因此本论文研究如何采取适当的软件方法提高系统精度,主要围绕光纤陀螺随机漂移建模、滤波,以及卫星姿态确定中涉及的软件方法进行效果分析、仿真验证。

减小光纤陀螺漂移的主要方法有Kalman滤波、小波滤波。

为选取较优的方法,本文对光纤陀螺随机漂移分别进行Kalman滤波、小波滤波,并采用Allan方差法、频谱法分析滤波效果。

仿真结果表明小波滤波能更简单、有效地减小光纤陀螺随机漂移,可以取代传统的Kalman滤波。

其中,Kalman滤波的应用需要建立光纤陀螺随机漂移的平稳时间序列模型。

因此,对于非平稳的光纤陀螺漂移样本数据,需要运用随机信号处理方法进行统计检验和相应的预处理,再采用时间序列分析法建立光纤陀螺随机漂移的数学模型。

为满足卫星姿态控制要求,并研究光纤陀螺随机漂移滤波前后姿态估计精度的变化,本文针对对地定向三轴稳定卫星,采用四元数描述法,基于扩展Kalman滤波理论,具体设计了“光纤陀螺+红外地平仪+太阳敏感器”模式的姿态确定系统。

仿真结果表明该系统姿态估计精度较高,是可行的,并且光纤陀螺随机漂移的减小有利于卫星姿态估计精度的提高,从而进一步肯定了光纤陀螺随机漂移的滤波对提高系统精度的意义..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1引言
1.2星载光纤陀螺捷联惯性导航系统
1.2.1光纤陀螺
1.2.2捷联惯性导航系统
1.2.3卫星姿态确定系统
1.3选题背景和意义
1.4论文的主要内容和结构安排
第二章 光纤陀螺随机误差分析
2.1引言
2.2 Allan方差法
2.3光纤陀螺随机误差
2.4采用Allan方差法辨识各随机误差
2.5本章小结
第三章 光纤陀螺随机漂移建模
3.1引言
3.2数据采集
3.3漂移数据统计检验
3.3.1平稳性检验
3.3.2周期性检验
3.3.3正态性检验
3.3.4独立性检验
3.3.5零均值检验
3.4漂移数据预处理
3.4.1剔除异点
3.4.2去除趋势项
3.4.3去除周期项
3.4.4零化处理
3.5模型的选取
3.5.1平稳时间序列模型类别
3.5.2模型识别
3.6模型参数估计
3.6.1 AR模型参数估计
3.6.2 ARMA模型参数估计
3.7模型的适用性检验
3.8本章小结
第四章 光纤陀螺随机漂移滤波
4.1引言
4.2 Kalman滤波
4.2.1离散系统的数学描述
4.2.2离散Kalman滤波方程
4.2.3光纤陀螺随机漂移的Kalman滤波
4.3小波分析滤波
4.3.1小波分析基本概念
4.3.2离散信号的小波分析
4.3.3信号的小波分析去噪
4.3.4光纤陀螺随机漂移的小波滤波
4.4滤波效果分析、比较
4.4.1 Allan方差分析法
4.4.2频谱分析法
4.5本章小结
第五章 对地定向三轴稳定卫星姿态运动模型
5.1引言
5.2常用坐标系
5.3姿态矩阵
5.3.1欧拉角描述法
5.3.2四元数描述法
5.3.3四元数与欧拉角的转换关系
5.4卫星姿态运动学方程
5.4.1欧拉角运动学方程
5.4.2四元数运动学方程
5.5本章小结
第六章 对地定向三轴稳定卫星姿态确定系统
6.1引言
6.2姿态敏感器配置
6.3姿态敏感器测量模型
6.3.1光纤陀螺测量模型
6.3.2红外地平仪测量模型
6.3.3太阳敏感器测量模型
6.4姿态确定算法建模及分析
6.4.1误差四元数方程及其线性化
6.4.2红外地平仪测量方程线性化
6.4.3太阳敏感器测量方程线性化
6.4.4卫星姿态估计器模型
6.4.5姿态确定算法步骤
6.4.6姿态估计器可观测性分析
6.4.7仿真结果
6.5本章小结
第七章 结论
7.1工作总结
7.2后续工作
参考文献

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中图分类: > V441.5 > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 仪表
其他分类: > V448.22 > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制

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