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SINS/DVL组合导航技术研究
| 论文题名： | SINS/DVL组合导航技术研究 |
| 关键词： | 水下航行器;组合导航系统;捷联式惯性导航系统;多普勒计程仪;定位精度 |
| 摘要： | 水下航行器作为人类开发海洋资源的重要工具之一，相比于大多数的水面舰艇，具有体积小、易隐藏等诸多优点。也正是由于水下航行器的这些优点，近年来，许多国家越来越重视水下航行器的发展，使其无论是在军事运用方面还是在民用方面都得到了较为迅速的推广。但是由于水下航行器在水下运行时无法接收GPS信号，世界各国的研究人员正在利用组合导航技术研究其导航定位的方式。本文利用捷联式惯性导航系统与多普勒计程仪组成的组合导航系统，在水下无人航行器的使用背景下，对上述组合导航系统进行了数字仿真，仿真结果验证了所设计导航方案的合理性且定位精度较高。 本文首先对捷联式惯性导航系统(SINS)的工作原理进行了介绍，对其做出了较为详细的理论公式推导，给出惯导系统的基本方程并建立了包括速度误差、位置误差和姿态误差在内的误差模型，并介绍了在坐标系之间进行姿态转换时所需要使用的四元数方法的原理。 然后对组合导航中的辅助导航系统——多普勒计程仪(DVL)的工作原理进行了介绍，包括单波束情况、双波束配置与四波束配置等三种配置方式的工作原理，通过对多普勒计程仪的多种误差源的定性分析，选取对系统影响最大的误差源建立了多普勒计程仪的误差模型。 之后介绍了几种有关卡尔曼滤波的方法，包括标准卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波三种，并分析了三种方法在组合导航系统中应用的优缺点。然后建立了组合导航系统的滤波模型，给出了组合导航系统的状态方程与量测方程。再分别使用扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波两种方法，利用MATLAB进行了数字仿真，对比了不同滤波方法之间滤波效果的差异。 再之后利用了自适应滤波的滤波思想，针对SINS/DVL组合导航系统，将自适应滤波与无迹卡尔曼滤波相结合，得到自适应无迹卡尔曼滤波算法，并进行了数字仿真验证，结果证明自适应无迹卡尔曼滤波相比于无迹卡尔曼滤波的滤波效果更为理想，可以应用到SINS/DVL的组合导航系统中完成导航系统的滤波。 最后为验证SINS/DVL组合导航系统的实用性进行了湖上试验，将试验采集的数据处理并绘制成曲线，与GPS信号进行比对后，验证了SINS/DVL组合导航系统模型合理，系统具有较高精度。 |
| 作者： | 许天龙 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 李光春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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