原文传递
微惯性导航系统协同信息组合技术研究
| 论文题名： | 微惯性导航系统协同信息组合技术研究 |
| 关键词： | 水面无人艇;微惯性导航;信号融合;滤波技术 |
| 摘要： | 随着各国对海洋资源勘探及海疆预警的逐步重视，水面无人艇获得了快速发展，基于水面无人艇组合导航技术的研究成为热点。本课题以水面无人艇编队中跟随艇的组合导航系统为主要研究对象，以跟随艇已经配备微惯性导航系统(MEMS-INS)、多普勒计程仪(DVL)以及水声通信设备为前提，围绕构建低成本、高精度的跟随艇组合导航系统为主题，结合水声定位信息在导航中的优势，将磁强计和罗经作为跟随艇的选配导航设备，开展了跟随艇组合导航技术的研究。 本文首先针对跟随艇配备的微惯性导航系统，分析对比了MEMS-INS的四种姿态算法，对圆锥运动与划船效应的误差特性及旋转矢量补偿算法进行了仿真分析。另外，针对与跟随艇 MEMS-INS组合的磁强计，进行了工作原理及误差模型分析。并对跟随艇配备的DVL进行多普勒效应和测速原理分析，建立了四波束多普勒误差模型，推导了基于双领航艇的水声定位模型。同时，对跟随艇配备的导航设备、以及选配的导航设备的特性进行对比分析，明确了各导航设备对整个组合导航系统的贡献和地位，最终设计了三种组合导航方案。然后，针对不同的组合导航方案，推导了系统滤波模型。针对MEMS-INS/磁强计组合导航方案，将磁强计/加速度计组合解算的姿态信息，与MEMS-INS解算的姿态信息，通过卡尔曼滤波器融合，抑制了微陀螺仪的误差积累。针对罗经/DVL/水声定位信息组合导航方案，将水声定位信息，与罗经/DVL推算的位置信息进行融合，通过卡尔曼滤波技术抑制了航位推算的位置误差发散。针对跟随艇的MEMS-INS/DVL/水声定位信息组合导航方案，采用扩展卡尔曼间接滤波算法和无迹卡尔曼直接滤波算法，将水声定位信息和DVL输出的速度信息与MEMS-INS的导航信息融合，在匀速直线、匀加速直线及匀速圆周航行状态进行仿真，有效补偿了位置误差及速度误差，提高了导航精度。最后，通过对三种组合导航方案的仿真分析，得出 MEMS-INS/磁强计组合导航方案，可用于匀速航行或静止状态下校正跟随艇MEMS-INS的姿态误差。罗经/DVL/水声定位信息组合导航方案可用于全运动状态，其导航定位精度高于罗经/DVL航位推算系统，但不及MEMS-INS/DVL/水声定位信息组合导航方案，可作为跟随艇的备用导航系统使用。将MEMS-INS/DVL/水声定位信息组合导航方案应用于跟随艇导航系统，达到了跟随艇对导航定位精度的要求。 |
| 作者： | 姚洪涛 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 陈广 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
