● 摘要
惯性技术领域的一个非常重要分支就是惯性寻北技术，该技术是保障武器系统实现对目标的机动、快速、精确打击的重要依据之一，在现代信息化战争中具有很大的应用空间。目前，国际上众多发达国家为研制出精度高且速度快的寻北装置，均投入了大量的人力和物力。利用惯性技术实现的寻北装置能够不受周边自然环境干扰的影响，在没有外部信息的条件下，能够高精度的完成寻北任务，并长时间工作。因此，无论在军事或者特殊民用场合，研究惯性寻北装置有很大的意义和价值。
本文以项目为背景，研究基于捷联惯性导航系统的寻北及姿态保持算法。综合比较基于捷联惯导系统误差模型的传统初始对准卡尔曼滤波算法和捷联寻北方案各自的优缺点，构建改进的捷联寻北方案；编程实现并验证了以位置误差、速度误差为量测量的松组合导航算法。本文的主要研究内容分为以下几个部分：
首先，本文介绍了捷联惯性导航系统的基本原理、捷联惯导自主式初始对准原理、基于捷联惯性导航系统误差模型的传统初始对准卡尔曼滤波器；对传统初始对准卡尔曼滤波模型进行改进，通过增加三个与失准角直接线性耦合的量测量，提高滤波器对失准角的估计能力；用光纤惯导系统（陀螺零偏稳定性为0.09%）数据对改进后的初始对准卡尔曼滤波器进行离线仿真和分析，结果表明改进后的滤波器对失准角的估计能力有所增强。
其次，介绍了捷联惯导解析式寻北方案的原理，并推导了二位置、四位置以及考虑水平倾角情况下的解析寻北解算公式；分析算法的误差来源，分别对陀螺仪刻度因数误差、陀螺仪漂移、地球纬度误差和转位误差所造成的误差进行仿真分析；利用光纤惯导系统（陀螺零偏稳定性为0.09%）数据对二位置寻北方案进行离线仿真和分析。
再次，根据捷联惯导系统传统初始对准卡尔曼滤波器和捷联寻北方案各自的优缺点，得到改进的捷联寻北方案；利用转位180°前后惯导系统三轴陀螺和加速度计输出之间的关系，构建新的卡尔曼滤波器，避免了捷联惯导系统传统初始对准卡尔曼滤波器系统自身的误差累积问题；利用光纤惯导系统（陀螺零偏稳定性为0.09%）数据进行离线仿真验证，对三个初始姿态角的估计在80s内就能收敛，7组数据对方位角估计结果的标准差达到0.1375°。
最后，介绍了寻北和姿态保持系统整体结构，编程实现捷联惯导的分立式标定程序和以位置误差、速度误差为量测量的松组合导航程序；利用光纤惯导系统数据对分立式标定程序的正确性进行验证，利用光纤惯导系统的原始数据对松组合导航算法进行离线仿真验证。
关键字：捷联惯性导航系统、初始对准、卡尔曼滤波、捷联寻北
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