水下航行器组合导航系统关键技术的研究

发布时间：2017-08-31 23:36

  本文关键词：水下航行器组合导航系统关键技术的研究

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【摘要】：本文根据自主水下航行器的工作特点与导航需求,设计了以捷联式惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System, SINS)为主,多普勒测速仪(Doppler Velocity Logger, DVL),电子磁罗盘(Magnetic Compass, MCP)和深度计(Depth Meter, DM)为辅的水下组合导航系统。论文就水下组合导航系统的关键技术展开研究,主要的工作有：1.详细介绍了、分析了捷联式惯性导航系统,多普勒测速仪,电子磁罗盘、深度计的工作原理和误差机理,并建立了各传感器误差模型。2.研究了航位推算(Dead Reckoning, DR)算法的原理,设计并仿真验证了一种利用DR算法实现SINS与DVL之间安装误差标定的方法。3.设计了一种DVL安装误差与刻度系数误差的补偿方法。该方法以DVL仪器坐标系速度和SINS载体坐标系速度之差为量测,通过设计合理的机动方式来提高SINS/DVL系统的可观测性,并利用卡尔曼滤波器估计出DVL误差参数,最后根据估计值进行了补偿。仿真验证了该方法能有效估计出DVL安装误差和刻度系数误差,降低了DVL测速误差,从而提高了SINS/DVL组合系统的导航精度。4.研究了联邦滤波器的原理和结构,鉴于系统容错性和实时性考虑,设计了水下组合导航系统滤波器和相应的滤波算法,建立了各子滤波器的数学模型,并仿真验证了滤波算法的可行性。
【关键词】：捷联式惯性导航系统 多普勒测速仪 组合导航 误差补偿 可观测性 联邦滤波
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 水下导航技术及发展状况11-14
• 1.2.1 惯性导航11
• 1.2.2 声学导航11-12
• 1.2.3 多普勒导航12
• 1.2.4 地球物理导航12-13
• 1.2.5 组合导航13-14
• 1.3 多普勒测速仪误差标定方法的研究现状14
• 1.4 卡尔曼滤波方法的发展及其应用14-15
• 1.5 本文研究内容与论文结构安排15-16
• 1.6 本章小结16-18
• 第二章 水下航行器组合导航系统方案设计18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 水下航行器组合导航方案设计18-19
• 2.3 捷联式惯性导航系统19-26
• 2.3.1 常用坐标系及坐标系转换19-20
• 2.3.2 捷联式惯性导航系统的基本原理20
• 2.3.3 导航参数的更新及解算20-23
• 2.3.4 惯性器件误差模型23-24
• 2.3.5 捷联式惯性导航系统误差方程24-26
• 2.4 多普勒测速仪26-30
• 2.4.1 多普勒测速仪测速原理27-29
• 2.4.2 多普勒测速仪误差分析29-30
• 2.4.3 多普勒测速仪误差模型30
• 2.5 电子磁罗盘和深度计30-33
• 2.5.1 电子磁罗盘工作原理30-31
• 2.5.2 电子磁罗盘误差分析31-32
• 2.5.3 深度计工作原理及误差模型32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 组合系统滤波方法研究34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 卡尔曼滤波34-36
• 3.3 联邦滤波36-44
• 3.3.1 联邦滤波算法原理37-41
• 3.3.2 联邦滤波器结构41-44
• 3.4 组合导航卡尔曼滤波校正方法44-45
• 3.4.1 输出校正44-45
• 3.4.2 反馈校正45
• 3.4.3 混合校正45
• 3.5 本章小结45-48
• 第四章 多普勒测速仪的误差补偿研究48-66
• 4.1 引言48
• 4.2 惯性/多普勒安装误差标定48-52
• 4.2.1 航位推算算法49-50
• 4.2.2 惯性/多普勒安装误差标定50-51
• 4.2.3 仿真实验51-52
• 4.3 多普勒测速仪误差参数的在线估计52-64
• 4.3.1 惯性/多普勒组合导航系统模型52-55
• 4.3.2 PWCS可观测性分析方法55-59
• 4.3.3 一种新可观测性分析方法59
• 4.3.4 惯性/多普勒组合导航系统可观测性分析59-62
• 4.3.5 惯性/多普勒组合导航系统仿真分析62-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第五章 水下组合导航系统联邦滤波器的设计66-76
• 5.1 引言66
• 5.2 水下组合导航系统联邦滤波器结构66-67
• 5.3 水下组合导航系统联邦滤波器设计67-71
• 5.3.1 SINS/DVL子滤波器67-69
• 5.3.2 SINS/MCP子滤波器69-70
• 5.3.3 SINS/DM子滤波器70-71
• 5.4 水下组合导航系统联邦滤波器算法71-72
• 5.4.1 子滤波器算法71
• 5.4.2 主滤波器算法71-72
• 5.5 仿真实例72-74
• 5.5.1 仿真条件72-73
• 5.5.2 仿真结果73-74
• 5.6 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间参与的项目与取得科研成果84

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本文编号：768630