【摘要】：由于水面艦船導(dǎo)航技術(shù)快速發(fā)展的需求,對(duì)艦船用導(dǎo)航設(shè)備提出了長(zhǎng)航時(shí)高導(dǎo)航精度、強(qiáng)穩(wěn)定性、全自主等全新技術(shù)要求。目前,以捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)和星敏感器輸出的無(wú)源導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行信息融合是船用導(dǎo)航系統(tǒng)的熱點(diǎn)研究方向,該融合方式在減少了對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航依賴的同時(shí),還可以保證系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。然而,船用星敏感器存在測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)特性變化,及相對(duì)導(dǎo)航系定位時(shí)會(huì)引入SINS誤差的問(wèn)題,進(jìn)而使船用導(dǎo)航信息在融合過(guò)程中引入誤差,且隨時(shí)間累積而發(fā)散,降低了系統(tǒng)導(dǎo)航精度。因此,基于以上問(wèn)題的考慮,本文對(duì)以艦船為應(yīng)用背景的捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器信息融合系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究,旨在討論如何抑制船用無(wú)源導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合誤差,滿足艦用導(dǎo)航系統(tǒng)的不同要求,完善該信息融合方案。對(duì)于星敏感器輔助陀螺儀進(jìn)行在線標(biāo)定技術(shù),可提高船用導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。然而,由于外部因素,星敏感器測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)特性未知,進(jìn)而造成標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波發(fā)散無(wú)法有效進(jìn)行陀螺儀在線標(biāo)定。為解決此問(wèn)題,本文提出了基于遺忘因子自適應(yīng)選擇Sage-Husa濾波的星敏感器輔助陀螺在線標(biāo)定算法。該算法可不斷估計(jì)并修正濾波器的測(cè)量噪聲參數(shù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在海面環(huán)境復(fù)雜變化時(shí)可有效估計(jì)出陀螺儀輸出誤差的目的。同時(shí),它提高了濾波器精度,使船用導(dǎo)航系統(tǒng)精度和環(huán)境適用性得到了改善。然而,捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器在線標(biāo)定抑制了部分導(dǎo)航誤差,因此需要進(jìn)一步提高導(dǎo)航系統(tǒng)精度。利用星敏感器輸出的位置信息對(duì)SINS導(dǎo)航誤差進(jìn)行周期性校正,可提高系統(tǒng)導(dǎo)航精度。然而,星敏感器在確定艦船在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的定位信息時(shí),會(huì)引入SINS的水平姿態(tài)誤差,降低了星敏感器精度。為解決上述問(wèn)題,本文提出基于模型預(yù)測(cè)濾波-卡爾曼濾波的捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器信息融合算法。通過(guò)建立星敏感器定位誤差與水平姿態(tài)誤差之間的數(shù)學(xué)模型,利用模型預(yù)測(cè)濾波(Model Predictive Filtering,MPF)可以在線估計(jì)出未知形式模型誤差的特性,對(duì)艦船系統(tǒng)模型進(jìn)行修正,進(jìn)而提高星敏感器定位精度。然后,以修正后的星敏感器位置信息為基準(zhǔn),利用卡爾曼濾波估計(jì)導(dǎo)航誤差,抑制導(dǎo)航系統(tǒng)誤差發(fā)散,滿足艦用信息融合系統(tǒng)長(zhǎng)航時(shí)穩(wěn)定性的要求。最后,利用仿真對(duì)基于遺忘因子自適應(yīng)選擇Sage-Husa濾波的在線標(biāo)定方案和基于模型預(yù)測(cè)濾波-卡爾曼濾波的信息融合方案實(shí)現(xiàn)原理性驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并由仿真結(jié)果可知,船用無(wú)源導(dǎo)航系統(tǒng)的融合誤差得到抑制,可滿足艦船長(zhǎng)航時(shí)導(dǎo)航要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN961;U666.1
【圖文】：

圖 1.1 慣性陀螺儀amshaid 等人采用星圖識(shí)別方法對(duì)由 CCD 電光航信息�；谒@得的天體姿態(tài)信息，研究了文獻(xiàn)中，基于卡爾曼濾波器的濾波方案被用于獲得準(zhǔn)確性較高的位置及速度信息[14]。2007 年的誤差模型，通過(guò)多位置方法對(duì)陀螺儀由于集估計(jì)并實(shí)時(shí)補(bǔ)償，并通過(guò) GPS 信號(hào)中斷時(shí)的 等人主要研究一種用于小型無(wú)人機(jī)姿態(tài)估計(jì)的中利用 Allan 方差分析確定陀螺儀的隨機(jī)噪聲曼濾波的傳感器信息融合算法中[16]。2011 年，測(cè)量值估計(jì)航天器姿態(tài)四元數(shù)和陀螺漂移的 H其抗干擾性能良好，可比較準(zhǔn)確的估計(jì)出陀螺誤利用星敏感器作為外測(cè)系統(tǒng)，以其輸出數(shù)據(jù)進(jìn)

/星敏感器信息融合研究現(xiàn)狀、長(zhǎng)距離和長(zhǎng)時(shí)間航行的應(yīng)用背景下，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航星敏感器可根據(jù)星體運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定載體高精度導(dǎo)航性導(dǎo)航輔助的信息融合方案是當(dāng)前導(dǎo)航領(lǐng)域的主要趨一種新型的信息融合技術(shù)，受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注及快用星敏感器輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合方案已廣泛潛艇等具有特殊戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)要求的武器裝備或系統(tǒng)中斯與蘇聯(lián)建造的 667 型戰(zhàn)略核潛艇中使用了慣導(dǎo)/星度為0.25nmile 。法國(guó)研發(fā)和制造的 M51 導(dǎo)彈巡航高11000km。當(dāng)在 M51 導(dǎo)彈中使用慣性/星光信息融合世紀(jì) 90 年代末，洛馬公司研制的以艦載為使用背景泛運(yùn)用于水面作戰(zhàn)設(shè)備，它的射程可達(dá)11000km，使用它的落點(diǎn)誤差在90m ~120m 范圍內(nèi)[32-35]。

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本文編號(hào)：2732246