由于受到海浪的激勵作用,艦船在海上航行過程中,會被動地產(chǎn)生升沉運動,升沉信息的精確測量在海洋貿(mào)易中船舶之間的貨物交接、海上作業(yè)設(shè)備的升沉補償裝置設(shè)計、艦載機(jī)的起降及艦載武器發(fā)射等許多方面都有重大意義。本文即針對在海上執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的艦船,以降低所受海面環(huán)境影響,提高作業(yè)效率與安全性為目的,對升沉信息的測量展開研究。本文設(shè)計了基于捷聯(lián)慣導(dǎo)的艦船升沉測量方法。通過仿真生成艦船升沉運動軌跡,基于升沉軌跡通過捷聯(lián)慣導(dǎo)解算升沉信息,設(shè)計升沉濾波器以解決升沉信息發(fā)散的問題,升沉濾波器在解決升沉信息發(fā)散的同時引入了相位誤差,通過設(shè)計帶限傅里葉線性組合算法的修正模型可補償相位誤差,實現(xiàn)了高精度的升沉測量。最后將分析桿臂效應(yīng)誤差并進(jìn)行補償。主要研究了如下內(nèi)容:首先推導(dǎo)了捷聯(lián)慣導(dǎo)數(shù)字迭代算法,并建立了捷聯(lián)慣導(dǎo)的姿態(tài)、速度、位置誤差模型。基于升沉運動的特點,分析了基于慣性的升沉測量原理。采用捷聯(lián)慣導(dǎo)反演算法生成升沉運動軌跡,然后基于升沉運動軌跡解算升沉信息,分析升沉信息發(fā)散的原因,并介紹了艦船升沉測量中的桿臂誤差效應(yīng)。根據(jù)升沉測量的影響因素及天向加速度誤差模型設(shè)計可抑制發(fā)散、濾除低頻信息的升沉濾波器,并分析了... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

具有升沉測量

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-31-通常需要測量的是船舶重心處的升沉信息，若忽略桿臂效應(yīng)誤差，把IMU輸出的升沉值當(dāng)做重心點處的升沉值，則測量得到的升沉信息是存在誤差的。圖3-8橫搖角不為零的升沉測量在艦船的升沉運動中，升沉運動幅值較小，一般在之間，測量精度要求較高，桿臂效應(yīng)引起的誤差是不可忽視的重要因素。理想情況下，可以將IMU安裝到艦船的重心處來避免安裝不重合引起的安裝桿臂效應(yīng)誤差。但在實際工程應(yīng)用中不可能達(dá)到理想狀態(tài)，總會引起安裝桿臂引起的桿臂效應(yīng)誤差。為了避免桿臂效應(yīng)誤差對升沉測量的影響，需在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測得天向加速度后先補償?shù)魲U臂效應(yīng)誤差，將IMU安裝點處的升沉加速度轉(zhuǎn)為艦船重心處的升沉加速度，再進(jìn)行導(dǎo)航解算，得到艦船重心處的升沉信息，從而提高升沉測量精度。圖3-8中表示艦船重心與升沉監(jiān)測點M之間的測量桿臂引起的桿臂升沉，當(dāng)需要得到艦船上監(jiān)測點M點處的升沉位移時，可通過將艦船重心處的升沉位移加上桿臂升沉位移得到。如此便可以通過一套IMU得到艦船上任意一點的升沉位移。3.6本章小結(jié)本章首先分析了艦船升沉運動的特點，以及基于慣性的升沉測量原理。接著基于艦船升沉運動的特點，采用捷聯(lián)慣導(dǎo)反演算法生成升沉運動軌跡。然后根據(jù)仿真得到的升沉運動軌跡，采用第二章推導(dǎo)的捷聯(lián)慣導(dǎo)數(shù)字迭代算法解算升沉信息。由于得到的升沉信息是發(fā)散的，分析了升沉信息發(fā)散的原因，升沉信息發(fā)散主要是由于慣性高度通道的不穩(wěn)定性以及加速度零偏、舒拉振蕩、地球振蕩、傅科振蕩等低頻干擾導(dǎo)致的。前述解算到的升沉信息是捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝位置處的升沉信息，而通常需要得到的是艦船重心處的升沉信息，所以又分析了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝位置和艦船重心不重合導(dǎo)致的桿臂效應(yīng)誤差。COGp0~5mC

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-33-(4-2)接下來，分析濾波器設(shè)計時要考慮的技術(shù)要求，這里以低通濾波器為例來進(jìn)行分析。通過通帶截止頻率和阻帶截止頻率可將低通濾波器的頻率響應(yīng)曲線劃分為三個區(qū)域，劃分如圖4-1所示，低于通帶截止頻率的頻帶為通帶，高于阻帶截止頻率的頻帶為阻帶，二者之間的頻帶為過渡帶。圖4-1低通濾波器的技術(shù)參數(shù)在通帶內(nèi)，通帶誤差容限與通帶截止頻率的關(guān)系應(yīng)滿足下式(4-3)在阻帶中，阻帶誤差容限與阻帶截止頻率的關(guān)系為(4-4)其中，和分別為通帶和阻帶的截止頻率，二者均為數(shù)字域頻率。雖然濾波器給出的技術(shù)要求為通帶誤差容限及阻帶誤差容限，但是在實際進(jìn)行濾波器的設(shè)計時，一般以通帶允許的最大衰減及阻帶應(yīng)達(dá)到的最小衰減作為目標(biāo)參數(shù)。和分別定義為(4-5)(4-6)010()1MrrrNkkkbzHzaz-=--==+11()1,p-d￡Hjw￡w￡w2(),sHjw￡dw3wpwsw1d2dpasapasa(0)20lg20lg()()pppHjHjHjaww==-(0)20lg20lg()()sssHjHjHjaww==-1通帶過渡帶阻帶


本文編號：3482836