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基于惯性测量的高精度船舶升沉信息测量方法
| 论文题名： | 基于惯性测量的高精度船舶升沉信息测量方法 |
| 关键词： | 高精度船舶;捷联惯导系统;数字滤波器;升沉信息;惯性测量 |
| 摘要： | 船舶在海上航行时由于海风、海浪等环境因素的存在会产生升沉运动，实时的、精确的升沉运动信息可以提高船舶在海上进行物资补给时、舰载机在军舰上起降时以及舰载武器发射时的安全性和稳定性。因此，能够精确地测量出船舶的升沉运动信息具有非常重要的意义。在升沉信息测量过程中，由于惯导垂向通道会存在发散问题，本文提出了添加数字IIR高通滤波器的方案，而IIR数字高通滤波器会给系统带来相位超前的问题，本文提出了设计自适应频率估计及延迟校正的方案，从而实现实时的升沉信息测量。 本文设计了基于惯性测量原理的高精度船舶升沉信息测量方法，该方法利用捷联惯导系统输出的船舶姿态信息和垂向加速度计输出的比力信息，在惯导的垂向通道进行解算的基础上，添加IIR数字高通滤波器，滤除舒勒振荡等低频干扰信息，然后设计自适应频率估计及延迟校正算法来解决IIR数字高通滤波器带来的相位超前的问题，实现高精度的升沉信息的测量。 本文首先对船舶的升沉运动进行描述，定义船舶的升沉运动为船舶在海浪作用或其他特定情况下，沿地理坐标系的天向轴的高频线运动分量，升沉运动信息包含升沉位移和垂向速度。分别分析影响升沉信息测量的关键要素，包括舒勒周期振荡、惯导垂向通道的不稳定性和数字高通滤波器带来的相位差。分别分析添加数字滤波器和设计自适应频率估计及延迟校正算法的原因，完成数字滤波器的选型及结构设计和自适应频率估计和延迟的总体方案设计。根据高通滤波器添加的位置的不同设计添加一个三阶滤波器和三个一阶滤波器两种升沉信息测量总体方案并进行对比分析，选择更优的总体方案。 通过分别分析IIR高通滤波器的各个设计参数（包括滤波器的阶数、通带截止频率、通带最大衰减和阻带最小衰减）对滤波器性能的影响，选择最优的设计参数，设计最适合用于升沉信息测量的IIR高通滤波器，并建立合适的仿真信号模型，通过计算机仿真对所设计的滤波器进行滤波效果验证。分析傅里叶线性组合算法原理及其稳定性，并设计加权线性傅里叶组合算法来对滤波后升沉信号的频率进行实时估计，并设计自适应延迟校正算法，根据估计出的升沉运动的频率，计算由IIR高通滤波器带来的超前量，并通过先保存数据再延迟输出来进行校正，得到实时的升沉信息。 最后，通过轨迹发生器生成各种升沉运动条件下的数据，进行计算机仿真，验证本文设计的高精度升沉信息测量方法的可行性。仿真结果表明，设计的基于惯性测量的高精度船舶升沉信息测量方法能够实现高精度的升沉信息测量。 |
| 作者： | 蒋国桉 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 程建华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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