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基于数字滤波和相位补偿的舰船升沉运动惯性测量方法研究
| 论文题名： | 基于数字滤波和相位补偿的舰船升沉运动惯性测量方法研究 |
| 关键词： | 舰船升沉运动;惯性测量;数字滤波;相位补偿 |
| 摘要： | 舰船在进行海上作业时处于复杂的海洋环境中，在海浪作用下被动地产生沿着半固定坐标系垂向轴的升沉运动。升沉运动的高精度测量在军用、民用领域有非常重要的意义。本文从满足舰船高精度升沉测量的实际需求出发，探索自适应能力强，实时性好，且易于实现的升沉运动测量方法，为工程应用提供备选方案。 论文具体研究了如下问题： 1.在海浪模型的基础上建立了升沉运动的基本数学模型。介绍了捷联惯导系统的工作原理，在此基础上分析了影响升沉运动测量的主要因素，发现惯导系统高度通道的不稳定性、加速度计的零偏、以舒勒周期为主的低频振荡干扰信号共同导致惯导解算得到的垂向信息发散，不能直接使用。 2.针对惯导解算得到的垂向信息发散等问题，引入IIR数字高通滤波器进行处理，滤除低频干扰信号，从发散信息中分离提取出舰船的升沉运动。经过综合分析后提出了基于惯性技术和数字滤波的升沉测量方法，整个过程共进行了两次数字滤波和两次积分运算。 3.介绍了数字滤波器的基本原理，设计出舰船升沉测量用IIR数字高通滤波器，并通过升沉运动滤波仿真验证了所设计滤波器良好的滤波性能。分析了IIR数字高通滤波器引入的相位超前、幅值衰减等固有问题，并进行仿真验证。 4.引入带限傅里叶线性组合（Band-limitedMultipleFourierLinearCombiner,BMFLC）算法对滤波器输出信号包含的各个频率进行实时、高精度的估计。针对海况变化的情况，进一步提出了改进型BMFLC算法，充分利用每个滑动监测窗口内的海浪频谱分析结果作为先验信息，对整个升沉频段进行自适应不等间隔划分代替传统BMFLC算法的等间隔划分，提高了算法对滤波器输出信号的频率估计效率，仿真结果验证了新算法的可行性。针对滤波器输出信号相位超前、幅值衰减等问题，提出了基于改进型BMFLC算法的幅值和相位补偿方法，分别对数字高通滤波后的垂向速度和升沉位移进行实时的幅值和相位补偿，得到高精度的升沉测量信息，并通过仿真验证了其可行性。总结后最终得到基于改进型BMFLC算法的升沉测量方法。 5.计算机综合仿真及物理平台试验结果验证了新的升沉测量方法的有效性，同时，与BMFLC算法相比，使用改进型BMFLC算法补偿后的垂向速度测量精度至少提高了约20%，升沉位移测量精度提高了约15%。 |
| 作者： | 沈航 |
| 专业： | 仪器科学与技术;导航定位与测控技术 |
| 导师： | 李宏生;刘锡祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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