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水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究
| 论文题名： | 水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究 |
| 关键词： | 水下潜器;组合导航系统;捷联惯性组合系统;无迹卡尔曼滤波;联邦滤波器;船位推算;初始对准。 |
| 摘要： | 高精度的导航定位不仅是水下潜器获取有效信息的必要条件，而且决定了它是否可以安全作业及返回。因此，高精度导航定位是研究水下潜器的关键技术之一。由于水成为一个有效的法拉第笼，所以许多基于电磁传播的导航方法（如GPS等）在水下不易实现。虽然船位推算（DR）和捷联惯性组合系统在短期内具有较高的定位精度，但定位误差会随时间发散。融合GPS、船位推算和捷联惯性组合等信息有利于提高导航定位系统的精度、可靠性和适应性，是水下导航定位的一个发展趋势。 论文根据实际需求，设计了利用捷联惯性组合系统作为主系统，多普勒计程仪、GPS、电子罗盘和由螺旋桨转换过来的速率信息构成的DR系统作为辅助子系统的水下组合导航定位系统。结合采用的导航传感器，建立组合导航数学模型。由于标准卡尔曼滤波不能处理非线性模型，而扩展卡尔曼滤波有计算量大等缺点，故采用无迹卡尔曼滤波（UKF）进行处理。并且，在水下组合导航系统中，由于系统本身元器件（如陀螺和加速度计等）的不稳定性以及外部应用环境不确定因素的影响，系统噪声和观测噪声统计特性的准确描述非常困难，同时也不能保证UKF滤波的收敛性和稳定性。因此，本文中提出一种自适应UKF算法，仿真验证了算法的可行性。同时由于联邦卡尔曼滤波具有更好的容错性和设计灵活性，选择联邦卡尔曼滤波作为组合导航的基本融合算法。 为使船位推算导航法能客观地反映实际航向情况，从而提高船位推算精度，不仅要发展新的测向仪器和测速仪器，而且要研究推算误差补偿方法。本文在建立船位推算误差模型基础上，对不同误差源分别提出误差补偿方法，最后进行了实验验证。 初始对准误差是捷联式惯导系统的主要误差源之一，它直接影响到惯导系统的工作精度。论文推导了静基座对准误差模型，并进行可观测性分析，然后进行试验研究。由于在捷联惯组的实际应用过程当中，无论是机载、舰载、车载等，都会受到周围环境的影响（特别是水中摇摆情况下），因此有必要对动基座对准技术进行研究。如何在较短时间和恶劣的环境下进行高精度的初始对准，对于提高水下组合导航系统机动性有着极其重要的意义。本文对动基座对准技术进行了初步研究。 |
| 作者： | 张爱军 |
| 专业： | 测试计量技术及仪器 |
| 导师： | 王昌明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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