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捷联惯导与多普勒计程仪水下组合导航算法研究
| 论文题名： | 捷联惯导与多普勒计程仪水下组合导航算法研究 |
| 关键词： | 水下航行器;组合导航系统;捷联惯导;多普勒计程仪;卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 随着我国海洋强国战略的逐步深入，水下航行器成为海洋科学技术研究的热点，在军用和民用领域都引起了广泛的关注。针对复杂多变的海底环境和水下导航任务不断增长的要求，捷联惯性导航与多普勒计程仪相结合的组合导航系统凭借自身完全独立性、隐蔽性、自主性和高精度等特性，在水下航行领域中受到了普遍的重视。使用水下航行器实现水下任务已是目前的发展趋势，准确定位载体位置也是水下航行器能够有效地安全实现任务的重要前提，所以SINS/DVL组合导航技术的研发有着十分重大的意义。近年来也逐渐成为了水下航行器领域的研发热点。 SINS接收到来自DVL的速度量测信息，再与自身惯性解算得到的姿态、速度和位置信息进行融合，就能周期性地抑制自定位误差积累，保持误差不发散。在组合导航系统实际使用过程中，受环境的影响，粗对准结束后的航向角误差及惯性器件本身的零偏误差都是不可忽视的因素，两者互相耦合放大了在导航过程中姿态角误差和速度误差，进而导致组合导航精度下降。此外，在SINS/DVL组合导航实际使用过程中，受复杂的水下环境的影响，DVL量测噪声的统计特性会随时间发生变化，在滤波初始时刻根据以往经验设定的DVL量测噪声统计特征通常不准确，或者在初始时刻已经确定了准确的DVL量测噪声统计特性，但随时间变化其噪声统计特性发生了改变，因此在水下导航过程中DVL量测噪声统计特性的不准确也是一个普遍的问题。为此，本文将深入研究复杂水声环境下的组合导航性能优化技术，旨在进一步提高SINS/DVL组合导航的准确度与稳定性。 针对粗对准结束后航向角误差过大及惯性器件零偏未知的情况，本文引入了一种基于卡尔曼滤波的精对准算法，并进行可观测性分析确定了要估计的状态的可观测性且设计了相应的机动方案。在该机动方案下进行动基座精对准，可以有效估计初始航向角、陀螺仪和加速度计零偏，为后续的组合导航阶段奠定了基础。 针对多普勒计程仪噪声统计特性时变的问题，本文引入了一种基于Allan方差估计的组合导航自适应滤波算法，将Allan方差估计引入到基于卡尔曼滤波的组合导航算法中，有效抑制多普勒计程仪噪声统计特性时变带来的误差。 |
| 作者： | 黄平宇 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 张殿伦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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