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基于可观测性分析的SINS传递对准优化方法研究
| 论文题名： | 基于可观测性分析的SINS传递对准优化方法研究 |
| 关键词： | 传递对准;可观测度;奇异值分解;姿态匹配;捷联惯导 |
| 摘要： | 传递对准是目前最常用的一种快速有效的初始对准方式，它具有较短的对准时间和较高的对准精度。但是由于在对准过程中滤波器估计主子惯导系统之间失准角的能力受到系统状态可观测性的影响，导致传递对准的精度在某些客观条件下并没有达到理想的要求。本文以系统状态的可观测性分析为基础，对提高捷联惯导系统传递对准精度的优化方法展开了深入的研究。 首先，论文给出了捷联惯导系统传递对准中用到的基本理论，主要包括：常用的一些坐标系的定义；载体姿态矩阵的即时更新算法；传递对准中两种常见匹配算法滤波模型；离散卡尔曼滤波的基本递推方程。 其次，对分析可观测性和可观测度的方法进行了讨论。介绍了几种常用的方法，包括有向图法、Кузовков可观测度法、误差协方差特征值法、可观测性矩阵特征值法，并对各自的特点进行了总结，得出它们的局限性和适用范围。之后重点讨论了利用奇异值分解法来确定系统状态可观测度的原理及其具体实现过程，并在具体的对准背景下有效的验证了奇异值分解法在传递对准中分析系统状态可观测度方面的正确性。 再次，针对舰船在海上进行对准的机动特点，在建立传递对准的速度匹配和速度加姿态匹配方法滤波模型的基础上，利用奇异值分解法分析了两种匹配方法在不同机动方式下系统的可观测度，并对不同机动方式下的滤波估计效果进行了仿真分析，有效的验证了对准过程中系统状态的可观测性和可观测度与对准的结果之间存在的内在联系。从而结合系统状态的可观测度的实际情况，给出了在特定机动状态下的具有较好对准效果的最佳匹配算法。仿真和实验结果表明在静止或低机动状态下，选择速度匹配进行对准效果最好，而在有摇摆的时候，应该尽量选择速度加姿态匹配算法。 最后，对提高对准精度的传递对准优化方法进行了深入的研究。在已知系统状态可观测度的基础上，给出了降维滤波器设计方法，并对传递对准全维和降维滤波模型进行仿真分析，利用仿真的结果有效的验证了所设计的降维滤波器的合理性。而后，又给出一种基于状态分组的卡尔曼滤波改进方法，根据可观测度对常规卡尔曼进行滤波增益衰减，旨在解决由于系统某些状态可观测度差造成的传递对准滤波估计精度低的问题，并以此来提高传递对准的滤波算法在不同环境下的适应性。通过仿真结果来看，这种优化方法能有效的提高传递对准的精度，并且还能极大程度地缩短对准的时间。 |
| 作者： | 董海波 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 徐博;张崇猛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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