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舰船捷联惯导系统粗对准方法研究
| 论文题名： | 舰船捷联惯导系统粗对准方法研究 |
| 关键词： | 舰船;捷联惯性导航系统;姿态更新;粗对准方法;加速度计;HMMKF滤波器 |
| 摘要： | 惯性导航系统在工作时可以完全依靠自身惯性元器件的输出及导航计算机的解算确定当前运载体的位置和姿态信息,不受外界环境的干扰且具有隐蔽性,更适用于战场环境及恶劣的气候条件。近些年,由于捷联式惯导系统体积小、成本低,且对准精度高因而成为惯导领域的研究热点。本文以舰船的捷联惯性导航系统为工程背景,对捷联惯导系统初始对准的粗对准阶段进行研究。由于惯导系统的独立解算特性会导致系统具有误差累积的弱点,因而优化初始对准的方法对于提高整个系统精度具有重要的理论和应用价值。 本文首先简要介绍了课题的相关背景,之后着重介绍了捷联式惯导系统。给出了惯导系统的基本方程,并据此搭建了捷联惯导系统的原理框图。姿态更新算法是捷联解算的重要部分,因而本文详尽推导了姿态更新的优化三子样算法。捷联惯导的误差来源及方程也一并给出,对后文的仿真比较有指导性的意义。 以舰船捷联惯导系统的初始对准过程为研究对象,对比分析了解析式粗对准方法、水平二阶调平+方位估算粗对准方法以及基于姿态矩阵的惯性系粗对准方法。推导了三种粗对准方法的原理方程,并在静基座及具有横荡、纵荡、垂荡以及高频干扰的摇摆基座上进行仿真,模拟舰船处于系泊情况下的初始对准过程。 由于四元数作为姿态描述参数会比欧拉角具有更新方程简单,计算运行速度快的优点,所以本文重点推导了基于四元数的惯性系对准方法,并采用Wahba函数求取具有最小二乘意义的最优解。分析了惯性系系泊对准的误差,给出了姿态误差的协方差公式。并在基于四元数的惯性系系泊对准的基础上,探讨了算法中参考矢量的选取对最终解算精度产生的影响。 最后,针对算法中加速度计的误差可以通过积分平滑部分呈周期性变化的噪声干扰,而高频干扰及陀螺误差未经过任何处理的问题,本文建立了惯性器件的HMM模型,设计了HMMKF滤波器对惯性元件的噪声进行预处理,以期达到提高对准精度优化惯性系对准算法的目的。 |
| 作者： | 马荟 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 周卫东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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