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原文传递舰船捷联惯性系统初始对准技术研究

论文题名：	舰船捷联惯性系统初始对准技术研究
关键词：	舰船捷联惯性系统;卡尔曼滤波法;参数效应;对准速度
摘要：	目前，捷联惯导系统越来越多的应用于舰船导航中。本文针对舰船应用的特点，对舰船捷联惯导系统在各种复杂情况下的初始对准技术以及双系统并行计算技术展开了研究。论文主要工作有：　　首先，详细的分析了基于反馈控制的罗经法对准以及基于最优估计的卡尔曼滤波法对准的原理及稳态误差，通过对捷联惯导罗经法对准和卡尔曼滤波法对准稳态误差比较研究。指出罗经法对准的一部分稳态误差，随着系统参数设置的变化而变化，文中称之为罗经法对准的参数效应误差。　　采用频域分析法对罗经法对准系统进行误差分析，推导各误差源与失准角的频域误差模型。结合船用捷联惯导系统的特点，分析了摇摆、升沉横荡，及陀螺低频振荡误差对罗经法对准的影响。提出了抑制陀螺低频振荡误差的参数设计方法。光纤陀螺静态实验验证了该设计方案的有效性。　　针对单轴旋转调制捷联惯导系统，分析了旋转基座器件的误差输入对失准角的影响形式，在此基础上分别从参数设计和转速设计的角度，设计了适合单轴旋转调制捷联系统的罗经法对准系统，并通过仿真实验验证。　　提出了航向大失准角的情况下的时变参数罗经法对准。分析了航向大失准角情况下罗经法对准收敛速度减慢的原因。通过分析多级罗经法对准中参数切换所产生的等效干扰，提出时变参数的方案。系泊实验结果证明，此种方法能够有效的提高航向大失准角下罗经法对准的对准速度。　　研究了多普勒计程仪(Doppler Velocity Log DVL)速度辅助的船用捷联惯导航行中罗经法对准技术。分析了航行中罗经法对准的误差输入，提出了匀速直航条件下DVL辅助的罗经法对准的实现方法，且进一步研究了DVL测速误差对航行中罗经法对准的影响。通过仿真验证了该方法的有效性以及误差分析的准确性。　　研究了航行中卡尔曼滤波组合对准，提出在船体匀速直航的条件下使用地理系上的DVL测速误差为状态变量的卡尔曼滤波器。指出DVL测速误差的可观测性会在三轴摇摆的作用下提升，有效的估计出DVL测速误差。提高船用捷联惯导航行中对准的航向对准精度以及速度和位置的重置精度。仿真实验结果验证了该算法的有效性。　　研究了捷联惯导系统双系统并行计算技术。提出了一种基于双系统的捷联航姿算法。使用一组捷联惯性组件(Inertial Measurement Unit IMU)同时计算航姿系统和惯导系统。利用惯导速度和多普勒计程仪速度进行综合计算，补偿载体的运动加速度，消除了运动加速度对航姿系统的影响。随后，提出了一种纬度未知情况下的双系统罗经对准算法。使用一套IMU同时计算两个参数不同的罗经对准系统。利用两系统的航向角输出进行综合计算，补偿了纬度未知所带来的影响。航行实验和系泊实验结果分别验证了这两种算法的有效性。
作者：	张义
专业：	导航、制导与控制
导师：	郝燕玲
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文