外场标定下捷联惯导系统误差可观测性研究

"外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析" 本文主要探讨了在不依赖传统转台设备的外场标定环境下，如何分析和评估捷联惯导系统（ Strapdown Inertial Navigation System，SINS）的误差状态可观测性。捷联惯导系统是现代导航技术中的关键组成部分，通过整合激光陀螺仪和加速度计，连续监测和计算飞行器或车辆的位置、姿态和速度。然而，由于传感器的制造误差和环境因素，系统会出现各种误差，如姿态误差、陀螺和加速度计的零偏漂移等。 在论文中，作者首先从外场条件下的系统误差动态方程出发，研究了仅利用速度误差和位置误差信息来评估SINS误差参数的可观测性。观测性是衡量一个系统能否从其输出数据中完全确定其内部状态的重要概念。对于捷联惯导系统，这意味着能否有效地估算出系统中的各种误差项。 研究发现，在单一位置且缺乏精确初始姿态误差信息的情况下，惯性仪表的零偏（即陀螺和加速度计的常值漂移）是不可观测的。这意味着，如果只在一个位置进行观测，这些关键的误差参数无法准确估计。为了解决这个问题，作者建议至少需要在三个不同的位置进行标定，以提高误差估计的精度。这一策略可以增加观测数据的多样性，从而提高误差参数的可观测性。 此外，论文还深入分析了误差状态估计的收敛速度以及观测噪声对估计精度的影响。收敛速度是指误差状态估计逐渐接近真实值的速度，而观测噪声则会影响这一过程的稳定性。通过对这些因素的考虑，可以设计更有效的外场标定方案，以降低噪声影响，加速误差估计的收敛。 最后，作者通过数值仿真验证了理论分析的结果，进一步证明了提出的标定策略的有效性和可行性。这项工作对外场标定条件下SINS的性能优化具有重要意义，有助于提高系统的长期稳定性和导航精度，减少对昂贵转台设备的依赖，并简化维护流程。 关键词涉及的领域包括捷联惯导系统、外场标定、可观测性分析、收敛速度，这四个关键词共同构成了该研究的核心内容。通过这样的分析，不仅深化了对捷联惯导系统误差建模和标定的理解，也为实际应用提供了理论指导和技术支持。