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原文传递舰用捷联惯导/天文/计程仪组合导航关键技术研究

论文题名：	舰用捷联惯导/天文/计程仪组合导航关键技术研究
关键词：	军用舰船;组合导航;精确定位;信号处理
摘要：	对于水面舰艇，如何在不依赖卫星导航的条件下，全自主的获取高精度导航信息一直是近年来的研究难点与热点。为了解决这一问题，可采用基于捷联惯导/天文/计程仪的组合导航方法，即利用计程仪和天文导航输出作为基准对捷联惯导的发散式导航误差进行周期性重校，获取高精度导航信息，达到组合导航的目的。然而，由于计程仪测速存在时变量测噪声误差、舰用天文导航系统受制于天气等因素影响基准信息的实时可用性，降低组合导航精度。针对这一问题，对复杂环境下的基于捷联惯导/天文/计程仪组合模式下的组合导航方法展开深入研究，旨在探讨如何在舰用应用背景条件下，提高外测基准信息精度，进而完善该组合导航方案。　　本研究分别推导了系统可观测性矩阵及基于线性非奇异变换的能观测性分解矩阵，进而得到各状态量完全可观测的载体运动路径设计原则，达到最大限度的估算导航误差、提高导航精度的目的；对于计程仪存在未知量测噪声导致系统导航精度下降的问题，通过对计程仪量测噪声模型的建立以及噪声参数估算过程的推导，提出了基于自适应两阶卡尔曼滤波的组合导航方法，达到抑制计程仪量测噪声、提高观测量精度的目的。对于星敏感器（天文导航传感器）辅助条件下的组合导航技术，充分利用星敏感器测量高精度惯性系姿态这一特点，从惯性器件误差在线标校、惯导导航误差校正两方面展开研究：首先推导了基于误差四元数的系统状态方程与量测方程，通过可观测性及可观测度分析得到了陀螺仪各误差项完全可观测的在线标定路径设计原则，进而达到星敏感器辅助陀螺仪在线标定的目的；针对星敏感器解算相对地理系导航信息需要引入外测水平姿态和位置的特性，推导了星敏感器导航误差方程，根据该误差传播特性提出了基于姿态耦合和最优估计的捷联惯性/星敏感器组合导航方案，并根据两种组合方案的特性分析了各方案的适用性。为解决应用载体变化和观星高度变化导致舰用星敏感器测量精度下降这一问题，在捷联惯导/星敏感器的组合导航模式下，将改进优化神经网络引入到组合导航方案中：针对该应用环境下，在重新设计与改进BP神经网络初始权值与阈值设定方法的基础上，利用捷联惯性、星敏感器两类传感器的导航信息，以前期组合导航的导航信息作为“历史数据”，对当前时刻外界环境因素影响下的星敏感器测量误差进行预测与修正，抑制舰用星敏感器测量误差。提出了基于加速度计/星敏感器/计程仪的载体行进间粗对准技术，在分析了加速度计测量信息惯性系投影具有重力加速度为常值特性的基础上，利用星敏感器测量转换矩阵及计程仪测速，将加速度计测量结果进行信息优化及投影转换，进而获取载体姿态，达到粗对准目的；为了避免单一传感器导航误差过大或导航失效等问题对组合导航带来的影响，引入联邦滤波，并提出了一种基于预估更新协方差阵和更新协方差阵的自适应信息因子分配原则，该原则能够有效的避免星敏感器或计程仪测量精度下降或导航失效对整个组合导航系统带来的影响，进而完善基于捷联惯导/星敏感器/计程仪的组合导航方案。
作者：	齐昭
专业：	导航、制导与控制
导师：	郝燕玲
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文