海洋重力辅助激光陀螺姿态测量算法研究

发布时间：2017-09-04 23:35

  本文关键词：海洋重力辅助激光陀螺姿态测量算法研究

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【摘要】：以激光陀螺为核心元器件的高精度惯性姿态测量系统具有可靠性高、自主性强的优点,但系统误差随时间积累,长航时测量精度难以保持。为解决该问题,本文开展了重力辅助激光陀螺姿态测量算法研究,利用无源重力信息校正系统积累误差。论文的主要工作如下:1.重力地图局部精化方法研究。对用于重力地图的几种常用的插值方法数学原理进行了介绍;以此为基础,以1'×1重力地图为背景,选择重力异常缓变和剧烈变化区域对插值方法进行了精度验证。精度验证结果表明,二阶加权孔斯曲面重力异常模型较双线性插值、移动曲面拟合和谢别德方法具有更高的插值精度。2.重力扰动引起的激光陀螺姿态测量系统误差分析。根据姿态测量系统更新方程,得到了垂直通道屏蔽下重力异常引入的系统误差可以忽略的结论;从准静态条件下系统误差传播方程出发,推导了水平重力扰动引入的系统误差解析表达式;以全球重力扰动数据库为背景,仿真分析了航迹上重力扰动产生的系统误差,在高精度应用领域必须对重力扰动进行补偿。3.重力辅助惯性姿态测量算法研究。在深入分析重力辅助惯性姿态测量原理的基础上,针对重力异常与位置之间的非线性关系,选用容积卡尔曼滤波算法作为信息融合算法并进行了仿真分析。仿真结果表明:容积卡尔曼滤波较无迹卡尔曼滤波在重力辅助惯性姿态测量问题上具有更高的滤波精度,且算法对初始位置误差不敏感、在较大观测噪声条件下仍能实现系统测量精度的提高;对重力扰动直接补偿和不补偿情况下重力辅助惯性姿态测量系统精度进行了仿真分析,得到了直接补偿重力扰动后系统姿态精度有明显提升的结论。采用海上实际船测数据开展了半实物仿真研究,对重力辅助惯性测量算法进行进一步验证。
【关键词】：激光陀螺 姿态测量 重力地图 插值 重力扰动 容积卡尔曼滤波
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U666;U674.82
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势12-13
• 1.3 课题研究内容及论文结构安排13-14
• 1.4 论文中符号约定14-15
• 第二章 重力地图局部精化方法研究15-24
• 2.1 地球正常重力模型与重力扰动15-16
• 2.2 重力地图插值方法数学原理16-21
• 2.2.1 重力地图简介16-17
• 2.2.2 双线性插值17
• 2.2.3 最小移动曲面拟合法17-18
• 2.2.4 改进Shepard方法18-19
• 2.2.5 二阶加权Coons曲面异常模型19-21
• 2.3 重力地图插值精度研究21-23
• 2.3.1 重力地图插值精度验证方法21
• 2.3.2 重力异常数据的选取21-22
• 2.3.3 不同插值方法插值精度的仿真与分析22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 重力扰动引起的激光陀螺姿态测量系统误差分析24-35
• 3.1 激光陀螺姿态测量系统工作原理24-25
• 3.2 激光陀螺姿态测量系统误差模型25-29
• 3.2.1 船用惯性姿态测量系统特点25-26
• 3.2.2 水平重力扰动引入误差分析26-29
• 3.3 水平重力扰动对测量系统影响的仿真分析29-34
• 3.3.1 水平常值重力扰动影响分析29-32
• 3.3.2 基于全球重力扰动数据库的仿真分析32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 重力辅助激光陀螺姿态测量系统算法研究35-60
• 4.1 重力辅助激光陀螺惯性姿态测量模型的建立35-40
• 4.1.1 重力/惯性测量匹配算法选取分析35-36
• 4.1.2 重力辅助激光陀螺惯性测量原理36-40
• 4.2 CKF滤波原理40-44
• 4.2.1 CKF理论基础40-41
• 4.2.2 求容积准则41-42
• 4.2.3 CKF滤波流程42-44
• 4.3 仿真分析44-53
• 4.3.1 仿真条件设置44-45
• 4.3.2 CKF与UKF的比较分析45-47
• 4.3.3 初始位置误差影响分析47-48
• 4.3.4 不同观测噪声强度下算法滤波性能分析48-50
• 4.3.5 基于水平重力扰动直接补偿的CKF算法性能分析50-53
• 4.4 半实物仿真验证53-58
• 4.4.1 半实物仿真原理及精度验证方案53-54
• 4.4.2 基于实船测量数据的算法精度验证54-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 论文总结与展望60-63
• 5.1 论文工作总结60-61
• 5.2 下一步研究内容61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 作者在学期间取得的学术成果68

【参考文献】

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1 奔粤阳;杨晓龙;李倩;李敬春;阮双双;;重力辅助阻尼捷联惯性导航系统[J];仪器仪表学报;2014年07期

2 王志刚;顾雪峰;;基于高斯样条函数的水下重力辅助惯性导航[J];计算机仿真;2014年03期

3 祝燕华;蔡体菁;徐泽杨;;基于大气偏振光定向的重力辅助惯性导航算法[J];中国惯性技术学报;2013年05期

4 常宜峰;柴洪洲;尹乐陶;王敏;;局部海洋磁力异常图的Coons曲面重构[J];测绘科学技术学报;2013年01期

5 孙枫;唐李军;;Cubature卡尔曼滤波与Unscented卡尔曼滤波估计精度比较[J];控制与决策;2013年02期

6 刘繁明;魏兴;钱东;李芳明;;优化粒子滤波在重力辅助定位中的应用[J];哈尔滨工业大学学报;2012年12期

7 鹿传国;冯新喜;张迪;;基于改进容积卡尔曼滤波的纯方位目标跟踪[J];系统工程与电子技术;2012年01期

8 童余德;边少锋;蒋东方;肖胜红;;实时ICCP算法重力匹配仿真[J];中国惯性技术学报;2011年03期

9 郑伟;许厚泽;钟敏;员美娟;彭碧波;周旭华;;地球重力场模型研究进展和现状[J];大地测量与地球动力学;2010年04期

10 徐遵义;姜玉祥;赵亮;丁福兴;;改进的Shepard算法及其在重力异常插值中的应用[J];武汉大学学报(信息科学版);2010年04期

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本文编号：794520