舰船捷联惯导系统综合校正技术研究

发布时间：2020-08-09 11:24

【摘要】：惯性导航是一项被广泛运用于国防各个领域中的一门关键性技术,这项技术在导航领域内也拥有举足轻重的地位。它的隐蔽性极强,在系统工作的过程中,不会向外界发出任何容易被他人捕获的信号;其次它能够独立自主地进行工作,提供载体位置、速度和姿态信息。然而捷联惯导系统的导航误差会随使用时间的延长而发散,舰船在海面上航行,当出现长期无法接收外部信息的情况时,捷联惯导系统这种随时间积累的误差会使惯导系统在一定时间后解算结果变得不可用。为了保证捷联惯导系统输出导航信息的精确度,人们常利用组合导航的方式对系统位置、速度和方位参数进行重调。这种方法在一定程度上确实能够有效提高捷联惯导系统的精度,但是除了导航参数误差捷联惯导系统还存在其他误差源。主要误差源是来自惯性器件的误差,其中陀螺漂移在器件误差中对捷联惯导系统精度的影响最为明显,因此需要对其进行测定并加以补偿。这种通过补偿陀螺漂移来抑制误差发散,并对系统进行重调的技术被称为综合校正。本文首先对捷联惯导系统的基础理论知识和的基本原理进行了详细阐述。针对捷联惯导系统中因陀螺常值漂移引起的导航信息误差发散现象进行了系统仿真,直观展现了陀螺常值漂移对捷联惯导系统的精确度产生的影响,从而引出对系统进行综合校正的必要性。针对广泛应用于船舶、舰艇的捷联惯导系统建立系统误差模型、设计综合校正方案;采取不同的运动状态对捷联惯导系统各状态量进行可观测性分析,将可观测性结果进行分析比对,选取滤波器合适的工作条件,以提高滤波器的估计速度和估计精度;考虑到Kalman滤波器在实际工程中会发生滤波发散,设计了Sage-Husa自适应滤波器,并对其进行改进简化,使得滤波器能较好地适应噪声变化;为了进一步提高滤波器的估计精度,加入固定区间最优平滑滤波器,提高估计准确度;引入外部位置、速度信息,利用滤波器对陀螺漂移进行估计补偿,同时进行系统速度、位置和方位重调等实现对捷联惯导系统的综合校正。经过仿真实验和车载实验分析可知:捷联惯导系统采用综合校正方案相较于未施加校正环节的捷联惯导系统,其导航精度有明显提升。
【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】：2018
【分类号】：U674.7
【图文】：

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航坐标系n n nOx y z （n 系）标系是为系统导航需要设定的一个坐标系，具体选取那个坐标系实际导航算法需求。该坐标系主要作用于惯导系统导航参数的求使用。指北惯导系统中将地理坐标系作为导航坐标系，空间稳定惯性坐标系或地球坐标系作为导航坐标系。本文选取地理坐标系北天坐标系，这种系统通常叫指北方位系统。体坐标系b b bOx y z （b 系）标系是固连在载体上的坐标系，与载体随动。载体坐标系的原点位置，bx 指向运载体右舷方向，by 轴指向船艏方向，bz 轴与bx 、b b bOx y z 平面，沿着载体竖轴指向上[32]。算机坐标系（c 系）坐标系是以惯导系统计算的经纬度c 、cL 为坐标原点，在该点建标系在惯导计算机中被认为是真实的导航坐标系。

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的坐标系间的转换。1、惯性坐标系（i 系）到地球坐标系（e 系）的坐标转换i 系和 e 系的关系如图 2.2 所示图 2.2 i 系与 e 系的关系图由图 2.2 可知，将 i 系绕 z 轴转过角度 0 ie t即能实现 i 系到 e 系的坐标转换，转换矩阵eiC 的表达式为 0 00 0cos sin 0sin cos 00 0 1ie ieei ie iet tC t t (2-1)式中0 为起始经度值，如果选择本初子午线来当作起点位置，则0 0；t为导航时间。2、地球坐标系（e 系）到地理坐标系（t 系）的坐标转换

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关系如图 2.3 所示，为简化分析，这里将地球视为规则球等。e 系与 t 系坐标转换可以通过绕三个轴的方向按下述'' ' '' '90 90e eOz Oy OUe e e e e e e eOx y z Ox y z Ox y U OENU

【参考文献】