基于惯性量匹配的船体变形测量技术研究

发布时间：2020-04-05 11:27

【摘要】：船体变形的精确测量对于构建统一的空间姿态基准、提高子系统的性能具有重要意义,而惯性量匹配测量法具有操作方便、测量精度高以及抗干扰性强等优势,因此,本文对基于惯性量匹配的船体变形测量技术进行了深入的研究,针对测量过程中存在的时间延迟以及系统不确定性问题,提出了相应的解决方法,以达到提高船体变形测量精度的目的。首先,考虑到角速度信息对船体变形角较为敏感,因此对基于角速度匹配的船体变形测量方法进行了研究,基于船体变形角模型和陀螺漂移模型建立了系统状态方程,考虑到大安装误差角的情况建立了非线性量测方程,二者共同构成了滤波方程,并通过仿真实验加以验证。其次,针对实船测量时存在时间延迟问题,从理论和仿真两个方面分析了时间延迟对船体变形估计精度的影响,在状态扩维补偿法的基础上进行改进,提出了一种改进的时间延迟补偿方法,通过对时间延迟的预估计,实现了对延迟时间段内的平均角加速度的更精确求解,提高了对时间延迟的补偿精度,从而提高了船体变形的测量精度,仿真验证发现利用该方法补偿时间延迟后,船体变形角的估计精度优于0.1′。然后,针对实船测量时存在的系统参数不确定以及量测噪声统计特性不确定的问题,提出了多模型自适应船体变形估计算法。基于多模型思想设计了变参数多模型算法,通过对主频率的预估计,解决了实际测量中主频率不确定的问题。基于Sage-Husa自适应滤波思想,设计了自适应容积卡尔曼滤波算法对量测噪声协方差阵进行实时跟踪和估计,有效地解决了量测噪声统计特性不确定的问题。通过仿真验证了多模型自适应船体变形估计算法的有效性,在主频率和量测噪声统计特性未知的情况下,船体变形角的估计精度优于0.1′。最后,设计了转台模拟试验对本文所提算法进行验证,试验结果表明,本文提出的时间延迟补偿方法能够有效地补偿时间延迟引起的估计误差,本文提出的多模型自适应船体变形估计算法能够在在主频率和量测噪声统计特性未知的情况下,对船体变形角进行有效的估计。
【图文】：

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惯性量匹配的船体变形测量方法具有测量精度高、自主性，因此该方法在船体变形测量这一领域拥有独特的运用优船体变形可以直接反映到角速度差别中去，，故角速度匹配感，而且角速度匹配法无需用到比力信息不会受到杆臂效陀螺输出的角速度原始数据无误差累积的过程，因而本配的船体变形测量方法进行探讨。度匹配法测量船体变形的基本原理为角速度匹配测量法的测量示意图。角速度匹配测量法量单元，记为 IMU1 和 IMU2。首先，在船中心的中心系统处子系统处安装 IMU2，IMU1 测得的信息可通过数据传于后续对船体变形角的滤波估计过程。图 2-1 中O xyz系，O x y z 为 IMU2 的载体坐标系。IMU1 能够敏感到运动的角速度，同样，IMU2 也能够敏感到自身载体系相角速度。

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文夫链来描述。假设系统模型如下：/ 1 1 1 1k k kk km m mk k k k k km mk k k k x A x B wz H x v为 k-1 时刻的状态估计值；kx 为 k 时刻的状态估计值系统模型；k 时刻的系统模型集记为1 2{ , , , k k M m m m含所有可能系统模型；/ 1kmk k A 为 k 时刻对应系统模型m k-1 时刻对应系统模型km 的噪声驱动矩阵；kmkH 为量测矩阵；1kmk w 为 k-1 时刻对应系统模型km 的系统噪统模型km 的量测噪声。子模型间的交互过程是一阶马尔可夫过程，即系统当一时刻的状态有关，而与更早时刻的状态无关。子模。其中，ij 为子模型ikm 到子模型jkm 的转移概率，且满
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U672

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