基于FOG捷联惯导的水下组合导航系统研究

发布时间：2017-09-05 01:46

  本文关键词：基于FOG捷联惯导的水下组合导航系统研究

  更多相关文章： 光纤陀螺 水下组合导航 故障诊断 行进间对准 样机实验

【摘要】：高精度和稳定可靠的导航系统是水下航行器顺利完成水下作业的关键之一,然而,在复杂的水下环境中,单一的导航方式由于自身的缺陷在实际应用中具有很大的局限性。由捷联惯导系统(SINS)、多普勒速度计程仪(DVL)、磁罗经(MCP)以及深度计(Depth)组成的水下组合导航系统,充分利用多元导航信息辅助捷联惯导系统,具有高精度和强鲁棒性的特点。本论文主要包括以下五方面的内容：第一,详细阐述了捷联惯导系统、多普勒速度计程仪、磁罗经以及深度计的导航原理,并对其误差进行了详细分析；另外,详细阐述了信息融合理论,包括卡尔曼滤波理论和联邦卡尔曼滤波理论。第二,针对捷联惯导系统在复杂环境中的初始对准问题,提出利用外速度和转弯机动的运动约束条件,以提高航向失准角和惯性器件误差的可观测性,从而实现在载体机动过程中完成初始对准。第三,在对导航系统的原理及其误差进行分析的基础上,分别建立了SINS/DVL、 SINS/MCP以及SINS/Depth组合导航的状态方程和量测方程,并且应用联邦卡尔曼滤波理论构建了水下组合导航系统。第四,针对水下组合导航系统的故障诊断问题,在改进传统残差χ2检测法的结构并引入残差的均值和标准差作为判据的基础上,提出了一种改进的残差χ2检测法,实现了快速检测和辨识系统突变型故障。第五,针对水下组合导航和行进间对准算法进行了大量的仿真实验,验证了水下组合导航系统在多种载体机动环境中能保持高精度和强鲁棒性。通过样机实验包括转台实验和车载实验,验证了基于WINDOWS+RTX的水下组合导航系统的可靠性,并进一步验证了上述算法的有效性。
【关键词】：光纤陀螺 水下组合导航 故障诊断 行进间对准 样机实验
【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
• Abstract5-11
• 常用符号目录11-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 国内外发展现状12-16
• 1.2.1 水下组合导航技术的发展及现状12-14
• 1.2.2 信息融合技术的发展及现状14-15
• 1.2.3 故障诊断技术的发展及现状15
• 1.2.4 初始对准技术的发展及现状15-16
• 1.3 论文主要工作及安排16-17
• 第二章 导航系统原理和信息融合理论17-31
• 2.1 导航系统常用坐标系及其转换关系17
• 2.1.1 导航系统常用坐标系17
• 2.1.2 坐标系之间的转换17
• 2.2 导航系统原理及其误差建模17-25
• 2.2.1 捷联惯性导航系统17-21
• 2.2.2 多普勒速度计程仪21-23
• 2.2.3 磁罗经23-24
• 2.2.4 深度计24-25
• 2.3 卡尔曼滤波理论25-27
• 2.3.1 离散卡尔曼滤波基本方程25-26
• 2.3.2 连续系统的离散化26-27
• 2.4 联邦卡尔曼滤波理论27-30
• 2.4.1 联邦卡尔曼滤波简介27
• 2.4.2 联邦卡尔曼滤波结构和性能分析27-29
• 2.4.3 联邦卡尔曼滤波算法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 外速度辅助捷联惯导行进间对准31-51
• 3.1 行进间对准简介31-33
• 3.1.1 行进间对准状态方程31-32
• 3.1.2 行进间对准量测方程32-33
• 3.2 系统可观测性分析理论33-35
• 3.2.1 系统可观测性分析简介33
• 3.2.2 基于奇异值分解的系统可观测性分析33-35
• 3.3 行进间对准可观测性分析35-38
• 3.3.1 匀速直线运动状态下的可观测性分析36-37
• 3.3.2 转弯机动状态下的可观测性分析37-38
• 3.4 行进间对准仿真实验38-50
• 3.4.1 仿真实验条件38-39
• 3.4.2 匀速直线运动39-42
• 3.4.3 转弯机动(“梯”形路径)42-44
• 3.4.4 转弯机动(“8”形路径)44-47
• 3.4.5 外速度误差对行进间对准的影响47-50
• 3.4.6 实验结果分析50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 水下组合导航系统建模与仿真51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 水下组合导航子系统51-54
• 4.2.1 SINS/DVL组合导航51-53
• 4.2.2 SINS/MCP组合导航53-54
• 4.2.3 SINS/Depth组合导航54
• 4.3 水下组合导航联邦卡尔曼滤波器54-56
• 4.3.1 水下组合导航系统结构54-55
• 4.3.2 水下组合导航算法55-56
• 4.4 水下组合导航仿真实验56-60
• 4.4.1 仿真实验条件56-57
• 4.4.2 静基座实验57
• 4.4.3 摇摆基座实验57-58
• 4.4.4 线运动实验58-59
• 4.4.5 实验结果分析59-60
• 4.5 水下组合导航系统故障诊断60-66
• 4.5.1 残差χ~2检测法60-62
• 4.5.2 改进的系统故障诊断方法62-63
• 4.5.3 故障诊断仿真实验63-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 水下组合导航样机实验67-89
• 5.1 引言67
• 5.2 基于WINDOWS+RTX的水下组合导航系统67-71
• 5.2.1 WINDOWS+RTX系统简介67-68
• 5.2.2 水下组合导航系统任务68-69
• 5.2.3 网络通信模块程序设计69-71
• 5.3 水下组合导航转台实验71-78
• 5.3.1 实验设备及环境71-74
• 5.3.2 转台半物理仿真实验74-76
• 5.3.3 转台样机实验76-78
• 5.4 水下组合导航车载实验78-88
• 5.4.1 实验设备及环境78-79
• 5.4.2 行进间对准实验79-83
• 5.4.3 外速度误差对行进间对准的影响83-86
• 5.4.4 车载导航实验86-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 总结与展望89-90
• 参考文献90-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果92-93
• 一、发表的学术论文92
• 二、申请的发明专利92
• 三、攻读硕士学位期间参与的主要科研项目92-93
• 致谢93

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本文编号：795101