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原文传递基于惯导系统的舰船升沉测量技术研究

论文题名：	基于惯导系统的舰船升沉测量技术研究
关键词：	舰船升沉测量;惯导系统;自适应滤波
摘要：	随着舰船在人类生活和发展中的作用越来越重要，工程中对舰船运动精度和可靠性的要求也越来越高，准确的舰船升沉信息能够有效补偿升沉运动，减小舰船升沉运动幅度，使舰船在海面上保持平稳状态，提高舰船的安全性、作业效率以及作战能力，因此舰船升沉信息测量具有十分重要的实际意义和工程价值。　　本文首先定义了文中的坐标系和坐标间的转换，介绍了捷联惯性导航系统工作原理和导航解算过程，随后分析了船用捷联惯导设备输出垂向加速度信息的误差特性，介绍了升沉台实验环境的搭建，为下文提出的升沉算法的验证提供了数据支持。　　其次提出了基于数字滤波的升沉滤波器，其输入量为惯导系统的垂向加速度信息，输出量为升沉测量信息，围绕升沉滤波器输出的相位问题，提出了基于最优设计和基于相位补偿改进升沉滤波器，前者的主要思路是:移动升沉滤波器传递函数的零点，以修改后的误差函数作为目标函数，寻求目标函数最小时传递函数的参数，该方法易于实现，输出较高精度的升沉信息，但其易受低频和噪声的影响，故该方法存在局限性;后者的主要思路是:增大升沉滤波器截止频率以抑制噪声和零偏的影响，引入频率估计算法对输入信号进行频率估计，根据估计的频率设计出自适应数字滤波器来校正升沉滤波器输出的相位，该方法实现高精度的升沉测量，但其输出精度十分依赖频率估计的效果。　　为了避免数字滤波技术的输出相位问题，本文提出了基于卡尔曼滤波的舰船升沉测量方法。建立舰船升沉运动的位置、速度以及加速度模型并构造出卡尔曼滤波器，叠加升沉位置状态量得到升沉测量信息，由于卡尔曼滤波器的构造依赖于模型中的频率信息，因此引入频谱细化算法得到频率信息。该方法不存在数字滤波器输出的相位问题，能够得到较高精度的升沉信息，但其效果依赖于频率信息的精度，由于频谱细化算法得到的频率信息具有滞后性，因此该方法存在局限性。　　为了克服上述算法的局限性，本文最终提出了基于自适应滤波的舰船升沉测量方法，该方法中升沉滤波器选用较高截止频率以抑制噪声和零偏的影响，利用自适应算法对升沉滤波器的输出建立模型，修正输出的模型以解决输出的相位问题，此外还深入分析了自适应算法中参数的选取。该算法不存在频率估计的局限性并且能够有效地解决升沉滤波器输出相位问题，实现高精度的升沉信息测量。　　最后，本文进一步分析了各个算法，讨论解决问题的思路、实现的方式。随后对比了文中频率估计算法间的区别并分析了自适应算法中频点模型的建立。从各个方面对比了算法的性能与局限性，综合各方面，本文建议使用基于自适应滤波技术的升沉测量算法，其输出精度高、外界噪声对其影响小并且不依赖频率估计算法。
作者：	李智超
专业：	控制科学与工程
导师：	黄卫权
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