复杂环境下高精度SINS算法的时-频调谐设计方法与误差分析理论

In view of the demand of high precision attitude determination, velocity determination and positioning based on strapdown inertial technology used for spatial moving carrier in complex environment, it is significant in science to study the design method and error analysis theory of high precision SINS algorithm in complex environment. The main contents include: (1) introducing cyclic iterative thought into the analysis method of error limit of strapdown computation algorithm to realize the recursive analysis of the error bound of strapdown computation algorithm; (2) starting from optimizing the noncommutativity error correction structure of strapdown computation algorithm, introducing bilateral correction concept into the correction algorithm structure, and analyzing and demonstrating the rationality of bilateral correction structure in theory to improve the efficiency and accuracy of strapdown algorithm; (3) analyzing the effect of prefilter characteristic on the precision of strapdown computation algorithm by using the time-domain and frequency-domain methods, presenting the time-frequency tuning method used for optimizing the strapdown computation algorithm in consideration of prefilter characteristic and complex application environment, and building the high-precision and efficient strapdown computation algorithm applicable for complex environment; (4) implementing analysis, evaluation and experimental test of the performance of Strapdown algorithm. The research results will provide theoretical basis and technical support for high precision inertial attitude determination, navigation and positioning in complex environment.

面向空间运动载体在复杂运动环境下对高精度捷联惯性测姿、测速和导航定位的需求，开展复杂环境下的高精度SINS算法的设计方法和误差分析理论研究，具有重要的科学意义。主要内容包括：（1）在捷联解算算法误差极限的分析方法中引入循环迭代的思想，从理论上实现对捷联解算算法误差边界的递归分析；（2）以优化捷联解算算法中的不可交换误差补偿结构为切入点，将双边补偿的概念引入到补偿算法结构中，理论分析和论证双边补偿结构的合理性，以提高捷联算法的效率和精度；（3）基于时域与频域方法分析预滤波器特性对捷联解算算法精度的影响，提出考虑预滤波器特性的适用于复杂环境下的捷联解算算法的时-频调谐优化设计方法，建立适用于复杂环境下的高精度和高效率的捷联解算算法；（4）开展捷联算法性能分析、评估与实验测试。研究成果将为复杂环境下的高精度惯性测姿和导航定位提供理论依据和技术支撑。

在现代航空、航天、航海和陆路交通等诸多领域中，许多空间运动载体的高精度姿态测量和自主导航定位都需要捷联惯性导航技术来实现。探索面向复杂环境的捷联惯导系统误差分析方法、算法结构优化策略和算法优化设计方法等一系列理论和技术问题，为复杂环境下的高精度惯性测姿和导航定位提供理论依据和技术支撑，以满足科学研究与工程实践在高精度姿态测量与导航定位上的需要。.为此，开展了以下主要研究工作：.（1）研究了捷联惯导系统的非初始运动参数误差的系统分析方法和误差极限分析理论。基于提出的系统误差分析方法，系统地分析了惯性器件误差、解算算法误差和其它误差源对捷联惯导系统精度的影响。.（2）研究了捷联解算算法结构的优化策略和方法。研究了适用于复杂环境下的捷联惯导系统解算算法的优化设计方法，并设计了适用于复杂环境下的高精度、高效率的捷联惯导系统解算算法。.（3）开展了捷联算法性能的分析评估与数值评估，及其在设定环境下的有效性实验验证。.通过探索，取得了以下重要结果：.（1）创造性提出并建立一套适用于复杂环境下捷联惯导系统的误差分析方法，及其极限精度分析理论和方法。.（2）创造性提出一种优化捷联惯导解算算法结构的策略和方法，并据此方法，设计了一类高效的不可交换性误差补偿结构——“双边补偿结构”。.（3）提出了一种考虑时域特性和频域特性的捷联惯导姿态解算误差补偿的优化设计方法；结合提出的“双边补偿结构”，建立了一种适用于复杂环境下的高精度、高效率的捷联惯导解算算法。.提出的捷联惯导系统误差分析方法能够用于对具有分析形式的任何精度等级的旋转估计进行完备的误差分析，为高精度捷联惯导系统误差分析提供一种科学的和可行的系统方法。提出的“双边补偿结构”为高效率捷联姿态解算算法的优化设计提供坚实的理论基础。提出的基于“双边补偿结构”的捷联惯导姿态解算算法的优化设计方法可为今后进一步理解与发展捷联惯导系统解算算法设计提供重要的理论参考。