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车载捷联惯导初始对准技术研究

摘要

随着惯性器件和惯性技术的不断发展，捷联惯导系统在装备领域和民用领域得到了

广泛的应用。初始对准是惯导系统的关键技术之一，它也是惯导系统开始导航之前必不

可少的准备工作。而在现代战场环境中，面对战场情况的复杂性和命令的下达的突然性，

对初始对准提出了新的要求，能够在动态环境中进行初始对准。如果载车能够在行驶的

过程中完成快速高精度对准，这将有效提高载体的机动生存能力、响应能力。在实际应

用场景中，初始对准算法在静基座条件下较为成熟，但在运动基座条件下其算法仍然存

在对准精度低、性能差、时间长等问题。因此，如何在提高初始对准精度的同时控制对

准时间是当前车载捷联惯导动态对准技术发展的关键问题。

本文主要研究工作如下：

针对静基座环境中出现的振动等因素干扰使得对准精度下降的问题和摇摆基座下

传统静基座初始对准算法精度下滑甚至不可用的问题，对静基座和摇摆基座的初始对准

进行研究，对常用的粗对准算法进行说明，给出改进的最优估计对准。再对罗经法精对

准和卡尔曼精对准进行了详细说明，并对给出了简化卡尔曼精对准模型。在前面理论的

基础上开始进行静基座和摇摆基座初始对准的仿真实验，验证其理论的有效性。结果表

明各个方案都可以应用于静基座对准，除了解析式对准外，其余方案可以应用于摇摆基

座对准。

针对行进间条件下传统对准方案对准精度不高和收敛时间长的问题，对行进间对准

技术进行研究，考虑到行进间对准需要利用到外部辅助源，将其分为位置辅助和速度辅

助进行说明。利用位置信息或速度信息对对准算法中的计算矢量进行修正，得到行进间

对准的惯性系对准模型并在其基础上提出了改进的最优估计对准算法，再引入对应的改

进卡尔曼精对准算法组成完成的行进间对准方案。在前面理论的基础上进行行进间对准

的仿真实验，通过不同的仿真实验环境分别对提出的方案进行仿真，验证其理论的有效

性。通过位置辅助行进间对准和速度辅助行进间对准仿真结果可知，其最优估计对准算

法在面对载体不断变化的运动状态时，其对准结果会比惯性系对准方案的估计结果有着

更好的稳定性。各个方案在面对不同的测试环境时，在通过足够的时间进行计算，可以

得到一个较高的对准结果，满足后续的导航需求。

在前文的理论基础上搭建捷联惯导/GNSS/里程计实验平台并进行了介绍说明。参考

哈尔滨工程大学硕士学位论文

前文仿真实验，进行静基座对准，摇摆基座对准，位置辅助行进间对准和速度辅助行进

间对准跑车实验，采用前文初始对准仿真的基础上对其提到的各个方案分别进行测试。

最后分析实验结果，验证方案有效性和稳定性。结果表明提出的最优估计对准算法加卡

尔曼精对准的方案可以有效解决行进间对准的问题，能够到达后续导航要求的精度水平，

对准精度和收敛速度都高于惯性系对准方案。

关键词：惯性导航；初始对准；行进间对准；卡尔曼滤波

车载捷联惯导初始对准技术研究

ABSTRACT

Withthedevelopmentofinertialdevicesandinertialtechnology,strapdowninertial

navigationsystemhasbeenwidelyusedinequipmentandcivilfields.Initialalignmentisone

ofthekeytechnologiesofinertialnavigationsystem,anditisalsoanessentialpreparationwork

beforetheinertialnavigationsystembegins.However,inthemodernbattlefieldenvironment,

facedwiththecomplexityofthebattlefieldsituationandthesurpriseoftheorder,new

requirementsareputforwardfortheinitialalignm