重力匹配辅助惯性导航系统算法研究

发布时间：2017-05-31 17:08

  本文关键词：重力匹配辅助惯性导航系统算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：惯性导航系统是水下航行器导航定位的主要导航系统，惯性导航系统无源自主的特点能够保证航行器在水下良好的隐蔽性及自主性，满足航行器在水下长期潜航的要求。但惯性导航系统存在误差随时间积累的缺点，在长时间工作后难以保证导航定位精度，因此需要其他导航方式对惯性导航进行辅助。重力场信息以其获取方法简单、获取途径无源自主等特点，广泛应用于辅助惯性导航系统。重力匹配是重力辅助惯性导航系统的核心环节。 本论文针对重力匹配辅助惯性导航系统中传统的最近点迭代算法（ICCP算法）提取匹配点（惯性导航指示位置和其对应最近等值线点）时间较长从而影响匹配精度，以及惯性导航系统误差随时间积累两个问题开展研究。前一问题提出的主要方法是改变惯性导航指示轨迹点的提取结构，并逐步减小其相应最近等值线点提取时的搜索范围，这两种方法均在于减小ICCP算法前数据采样的耗时，提高匹配速度和效率。对于惯性导航系统误差积累的问题，利用重力匹配结果，通过标准Kalman滤波算法对惯性导航系统的关键误差源进行估计，并进行误差的反馈修正补偿。仿真结果表明，，改进的ICCP算法改善了原方法存在的缺陷，提高了匹配精度；基于匹配定位结果的惯性导航系统误差估计与补偿，提高了惯性导航系统长航时导航精度。 本课题具体工作包括： 1、在分析现有匹配算法的优缺点及其局限性的基础上，针对传统ICCP算法在匹配算法对初始序列点的提取时间长的问题，提出采用单点采样代替序列采样的方法改善匹配算法初始采样序列的结构，减少匹配消耗的时间，提高匹配数据的准确性和实时性。 2、针对匹配初始点对应的最近等值线点的提取耗时长且计算量大的问题，采取逐步减小采样点对应的最近等值线点的搜索范围的方法，减少匹配算法中提取数据的时间，降低了最近等值线点搜索的复杂度，提高了匹配效率。 3、将重力匹配结果作为观测量，采用Kalman滤波对惯性导航系统的关键误差参数进行估计和补偿，修正惯性导航系统的误差，实验表明，经补偿后，惯性导航系统经度、纬度误差、方位位置误差比滤波之前明显减小，表明了本文所提出的方法的有效性。
【关键词】：重力匹配 单点采样 最近点搜索 辅助导航
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.12
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10
• 1.2 课题研究现状分析10-14
• 1.2.1 惯性导航系统10-12
• 1.2.2 重力匹配辅助惯性导航12-13
• 1.2.3 国内外相关研究13-14
• 1.3 本文主要工作14-18
• 第2章 传统的 ICCP 算法及误差分析18-40
• 2.1 ICCP 算法基本数学原理18-27
• 2.1.1 确定最近等值线点18-20
• 2.1.2 旋转矩阵 Rn20-26
• 2.1.3 平移矢量 tn26-27
• 2.2 ICCP 算法在重力匹配中的应用27-31
• 2.2.1 ICCP 算法在重力匹配中的基本思路27-28
• 2.2.2 ICCP 算法在重力匹配中的步骤28-31
• 2.3 ICCP 算法误差31-35
• 2.3.1 ICCP 算法收敛性分析31
• 2.3.2 传统 ICCP 算法的误差数学模型31-35
• 2.4 算法及误差仿真分析35-38
• 2.5 ICCP 算法优缺点38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 改进的 ICCP 算法及误差分析40-49
• 3.1 ICCP 算法的改进40-45
• 3.1.1 单点移位取代序列采集的 ICCP 算法40-43
• 3.1.2 减小最近等值线点匹配搜索范围的方法43-45
• 3.2 改进的 ICCP 算法的误差数学模型45-47
• 3.3 算法及误差仿真分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 基于重力匹配的惯性导航误差修正49-63
• 4.1 主要误差项及数学模型49-55
• 4.1.1 惯性导航系统误差数学模型49-54
• 4.1.2 重力数据测量误差数学模型54-55
• 4.2 重力匹配修正惯性导航系统误差的模型55-58
• 4.3 重力匹配修正惯性导航误差的仿真分析58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-68
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 刘承香,刘繁明,刘柱,魏东;快速ICCP算法实现地形匹配技术研究[J];船舶工程;2003年03期

2 徐景硕;惯性传感器技术及发展[J];传感器技术;2001年05期

3 戴全发;许大欣;蔡小波;王勇;;重力异常匹配辅助导航解算模型的优化[J];大地测量与地球动力学;2007年04期

4 徐遵义;晏磊;宁书年;邹华胜;;海洋重力辅助导航的研究现状与发展[J];地球物理学进展;2007年01期

5 许大欣;利用重力异常匹配技术实现潜艇导航[J];地球物理学报;2005年04期

6 严卫生,徐德民,李俊,张福斌;自主水下航行器导航技术[J];火力与指挥控制;2004年06期

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本文编号：410090