水下航行器组合导航系统容错方法研究

发布时间：2017-05-07 09:02

  本文关键词：水下航行器组合导航系统容错方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：导航精度和可靠性是衡量现代导航系统优劣的最重要指标。本文以水下航行器的组合导航系统为研究对象，以捷联惯导系统作为组合导航系统的公共参考系统，多普勒测速仪、GPS导航系统、磁航向仪和深度计为辅助导航设备，对水下航行器组合导航系统的容错方法进行了研究。主要工作和成果包括： 1．基于联邦滤波的水下航行器组合导航系统设计。针对水下导航的特点，设计了基于联邦滤波的水下组合导航系统，通过数字仿真分析了其滤波性能，并与已知是最优滤波的集中滤波的滤波效果进行了比较；在航行器处于水面时，将GPS信号引入组合系统，增加了SINS/GPS子滤波器到联邦滤波中，仿真结果表明，此举能很好地抑制捷联惯导的位置发散，大大地提高了组合导航系统的定位精度。 2．系统级故障检测和诊断方法的研究。对联邦滤波的每个子滤波器设计一个故障检测模块，采用状态χ~2检验法和残差χ~2检验法对子系统进行实时检测，分析了两种检验法对不同故障类型的检测效果和系统的容错性能；研究了量测可能存在野值情况下的故障检测与诊断，通过引入野值剔除法，设计了一种基于固定诊断周期的故障诊断方案，，有效地避免了因野值而造成的系统误警。 3．针对系统噪声和量测噪声统计特性不明确的情况，利用反向传播(BP)算法能很好地逼近系统非线性特征和强大的学习能力，设计了基于神经网络的SINS/GPS组合导航系统，仿真结果表明当具备较高精度的训练样本数据和足够的学习时间时，此方法是可行的；同时给出了基于神经网络的组合导航系统信息融合结构。
【关键词】：容错组合导航 捷联惯导系统 联邦滤波 故障检测 神经网络
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U666.11;U674.941
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 概述7-9
• 1.1.1 组合导航系统概况7-8
• 1.1.2 研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 论文的研究内容及结构安排10-11
• 第二章 组合导航系统构成11-24
• 2.1 导航系统坐标系的选取与转换11-12
• 2.1.1 导航系统中常用的坐标系11-12
• 2.1.2 坐标变换12
• 2.2 捷联惯导系统12-16
• 2.2.1 基本工作原理12-13
• 2.2.2 捷联惯导误差源模型13-14
• 2.2.3 捷联惯导的误差方程14-16
• 2.3 GPS导航系统16-18
• 2.3.1 GPS系统结构16-17
• 2.3.2 GPS的误差模型17-18
• 2.4 多普勒测速仪18-20
• 2.4.1 多普勒测速原理18-20
• 2.4.2 多普勒误差方程20
• 2.5 磁航向仪20-21
• 2.6 深度计21
• 2.7 导航系统组合模式21-23
• 2.8 本章小结23-24
• 第三章 容错组合导航系统设计24-49
• 3.1 联邦滤波基本理论24-28
• 3.1.1 系统描述24-25
• 3.1.2 集中式卡尔曼滤波器结构25-26
• 3.1.3 联邦滤波器结构和算法原理26-28
• 3.2 组合导航系统设计28-38
• 3.2.1 SINS/DVS组合系统28-32
• 3.2.2 SINS/磁航向仪组合系统32
• 3.2.3 SINS/深度计组合系统32-33
• 3.2.4 SINS/GPS组合系统33-34
• 3.2.5 滤波器的实现34-38
• 3.3 滤波性能仿真38-47
• 3.3.1 信息分配与信息同步处理38-40
• 3.3.2 仿真分析40-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 系统级故障检测49-64
• 4.1 基于X~2检验法的故障检测方法49-58
• 4.1.1 状态X~2检验法50-52
• 4.1.2 残差X~2检验法52-53
• 4.1.3 组合导航系统的故障检测53-58
• 4.2 野值存在情况下的故障诊断方法58-63
• 4.2.1 野值剔除方法58-60
• 4.2.2 故障诊断方法60-62
• 4.2.3 故障诊断仿真分析62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 神经网络在组合导航系统中的应用64-76
• 5.1 神经网络概述64-66
• 5.1.1 神经元模型64-66
• 5.1.2 神经网络的互连方式66
• 5.2 基于 BP网络的组合导航系统设计66-73
• 5.2.1 BP网络算法66-68
• 5.2.2 BP网络在组合导航中的应用68-71
• 5.2.3 BP网络算法仿真71-73
• 5.3 基于神经网络的组合导航信息融合方案73-75
• 5.3.1 信息融合技术73-74
• 5.3.2 神经网络信息融合结构74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 全文总结76-78
• 6.1 论文工作总结76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士研究生期间发表的论文82-83
• 致谢83-84

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 赵涛;刘明雍;周良荣;;自主水下航行器的研究现状与挑战[J];火力与指挥控制;2010年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李亮;SINS/DVL组合导航技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 吕召鹏;SINS/DVL组合导航技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

  本文关键词：水下航行器组合导航系统容错方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：349537