基于多种时频分析法的INS误差分析与补偿理论研究

INS惯性元件误差是影响INS导航最主要的误差源，也是影响GNSS/INS组合导航以及GNSS失锁时INS单独导航累积误差的主要因素。惯性元件误差包含随机误差、系统误差、观测异常以及累积误差。本项目研究内容包括：基于时频域分析法的随机误差分析和模型建立；基于时变附加参数的系统误差拟合；观测异常影响控制；基于时域分析的累积误差分析和建模；INS信号仿真。通过本项目的研究可望建立一套顾及随机误差、系统误差、观测异常以及累积误差影响的INS误差分析和处理理论和算法，并研制INS信号仿真软件，其研究成果可为INS导航或者GNSS/INS组合导航误差处理提供理论参考，为INS研究和应用提供技术支持。

INS惯性元件误差是影响INS导航最主要的误差源，也是影响GNSS/INS组合导航以及GNSS失锁时INS单独导航累积误差的主要因素。本项目针对INS惯性元件误差中的随机误差、系统误差、异常误差和累积误差，分别进行了系统而详细的分析。在对多种时频分析法了解、分析、掌握的基础，利用这些方法对INS随机误差进行了深入分析和特性判别，建立了符合INS随机误差特性的高阶AR模型替代传统的一阶马尔科夫模型，在GNSS/INS组合导航的实验中得到有效验证。针对系统误差对INS初始对准的影响，提出附加系统参数的五参数序贯抗差估计以减弱其影响，实际算例结果表明航向角精度有一定提高。针对异常误差，指出在INS初始对准中存在两种性质不同的异常误差类型：随机型异常误差和系统型异常误差；提出利用小波多分辨分析对这两种异常误差进行判别，并指出系统型异常误差会极大影响初始姿态角对准的可靠性，必须予以剔除；提出利用抗差估计或者粗差探测的方法对随机型异常误差进行处理，并在光纤陀螺动态寻北中得到多次成功应用。为减小INS累积误差影响，在误差模型修正的基础上，提出结合小波滤波消噪的方法，对累积误差的处理效果更佳。针对车载系统，提出一种低成本车载GNSS/INS组合导航姿态角更新算法。根据INS误差特性和载体真实运动状态，利用力学编排逆过程对INS输出信号进行了仿真。通过本项目的研究建立了一套顾及随机误差、系统误差、观测异常以及累积误差影响的INS误差分析和处理理论和算法，其研究成果可为INS导航或者GNSS/INS组合导航误差处理提供理论参考，为INS研究和应用提供技术支持。