船用无源导航信号融合误差抑制技术研究

发布时间：2020-06-27 23:26

【摘要】：由于水面舰船导航技术快速发展的需求,对舰船用导航设备提出了长航时高导航精度、强稳定性、全自主等全新技术要求。目前,以捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)和星敏感器输出的无源导航信号进行信息融合是船用导航系统的热点研究方向,该融合方式在减少了对卫星导航依赖的同时,还可以保证系统的导航精度。然而,船用星敏感器存在测量噪声统计特性变化,及相对导航系定位时会引入SINS误差的问题,进而使船用导航信息在融合过程中引入误差,且随时间累积而发散,降低了系统导航精度。因此,基于以上问题的考虑,本文对以舰船为应用背景的捷联惯导/星敏感器信息融合系统进行深入的研究,旨在讨论如何抑制船用无源导航系统信息融合误差,满足舰用导航系统的不同要求,完善该信息融合方案。对于星敏感器辅助陀螺仪进行在线标定技术,可提高船用导航系统的精度。然而,由于外部因素,星敏感器测量噪声统计特性未知,进而造成标准卡尔曼滤波发散无法有效进行陀螺仪在线标定。为解决此问题,本文提出了基于遗忘因子自适应选择Sage-Husa滤波的星敏感器辅助陀螺在线标定算法。该算法可不断估计并修正滤波器的测量噪声参数,进而实现在海面环境复杂变化时可有效估计出陀螺仪输出误差的目的。同时,它提高了滤波器精度,使船用导航系统精度和环境适用性得到了改善。然而,捷联惯导/星敏感器在线标定抑制了部分导航误差,因此需要进一步提高导航系统精度。利用星敏感器输出的位置信息对SINS导航误差进行周期性校正,可提高系统导航精度。然而,星敏感器在确定舰船在导航坐标系下的定位信息时,会引入SINS的水平姿态误差,降低了星敏感器精度。为解决上述问题,本文提出基于模型预测滤波-卡尔曼滤波的捷联惯导/星敏感器信息融合算法。通过建立星敏感器定位误差与水平姿态误差之间的数学模型,利用模型预测滤波(Model Predictive Filtering,MPF)可以在线估计出未知形式模型误差的特性,对舰船系统模型进行修正,进而提高星敏感器定位精度。然后,以修正后的星敏感器位置信息为基准,利用卡尔曼滤波估计导航误差,抑制导航系统误差发散,满足舰用信息融合系统长航时稳定性的要求。最后,利用仿真对基于遗忘因子自适应选择Sage-Husa滤波的在线标定方案和基于模型预测滤波-卡尔曼滤波的信息融合方案实现原理性验证。通过实际数据进行分析并由仿真结果可知,船用无源导航系统的融合误差得到抑制,可满足舰船长航时导航要求。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN961;U666.1
【图文】：

星图识别,陀螺仪,星敏感器,电光

图 1.1 惯性陀螺仪amshaid 等人采用星图识别方法对由 CCD 电光航信息。基于所获得的天体姿态信息，研究了文献中，基于卡尔曼滤波器的滤波方案被用于获得准确性较高的位置及速度信息[14]。2007 年的误差模型，通过多位置方法对陀螺仪由于集估计并实时补偿，并通过 GPS 信号中断时的等人主要研究一种用于小型无人机姿态估计的中利用 Allan 方差分析确定陀螺仪的随机噪声曼滤波的传感器信息融合算法中[16]。2011 年，测量值估计航天器姿态四元数和陀螺漂移的 H其抗干扰性能良好，可比较准确的估计出陀螺误利用星敏感器作为外测系统，以其输出数据进

捷联惯性,星光,组合导航系统

/星敏感器信息融合研究现状、长距离和长时间航行的应用背景下，捷联惯性导航星敏感器可根据星体运动规律确定载体高精度导航性导航辅助的信息融合方案是当前导航领域的主要趋一种新型的信息融合技术，受到国内外广泛关注及快用星敏感器辅助惯性导航系统的信息融合方案已广泛潜艇等具有特殊战略和战术要求的武器装备或系统中斯与苏联建造的 667 型战略核潜艇中使用了惯导/星度为0.25nmile 。法国研发和制造的 M51 导弹巡航高11000km。当在 M51 导弹中使用惯性/星光信息融合世纪 90 年代末，洛马公司研制的以舰载为使用背景泛运用于水面作战设备，它的射程可达11000km，使用它的落点误差在90m ~120m 范围内[32-35]。

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