● 摘要
本文主要研究SINS 的初始对准和SINS/GPS 组合导航技术。惯性导航系统（INS）是一种完全自主的导航系统，但是其误差随着时间积累。引起误差的主要因素包括INS的初始误差和惯性器件误差，如陀螺随机漂移和加速度计随机偏置。本文的主要工作包括以下几个方面：第一，介绍了三种常用的当地水平坐标系：指北导航坐标系、空间稳定坐标系和游动方位角坐标系。然后分别建立了三种坐标系下的捷联惯性导航系统（SINS）的机械编排，并通过计算机仿真进行比较和分析，仿真结果表明游动方位角坐标系导航系统和空间稳定坐标系导航系统与指北坐标系导航系统相比，具有能够全球范围导航的优势。第二，详细地推导了SINS 静基座对准和动基座对准时的误差方程，包括位置误差方程、速度误差方程和姿态误差方程，为利用Kalman 滤波器进行SINS/GPS 信息数据融合奠定了基础。第三，研究了SINS 的解析粗对准方法，详细论述了二矢量解析粗对准法和三矢量解析粗对准法，进行了仿真研究，结果表明三矢量解析法的对准精度高于二矢量解析法。第四，研究了传统SINS 的精对准方法，给出了精对准的方案，进行了计算机仿真研究，仿真结果表明精对准方法在粗对准的基础上进一步提高了对准精度。第五，研究了基于KALMAN 滤波的SINS 静基座快速精确初始对准方法，计算机仿真结果表明，该方法可以在很短时间内达到很高的对准精度。第六，研究了SINS 的多位置对准方法，详细地论述了双位置对准和三位置对准方法，仿真结果表明，多位置对准可以提高系统的可观测性，尤其采用三位置对准时，全部状态变量都可观测。第七，研究了SINS 静基座对准时系统状态变量的可观测性，重点论述了基于奇异值分解的可观测度分析方法。第八，研究了SINS/GPS 组合导航技术，建立了27 维的状态方程，观测量为GPS 的位置和速度，计算机仿真结果表明，SINS/GPS 组合可以得到优于GPS 和SINS 单独导航的结果。