水下装备组合导航关键技术研究

发布时间：2024-02-01 08:46

　　水下装备的应用和发展离不开精确的导航系统,多普勒计程仪／惯性组合导航是目前在未知水域最常用的组合导航方式。深入研究水下装备的导航技术,提高导航系统的机动性、隐蔽性和抗磁场干扰能力,有助于水下装备在海底勘探、搜救等方面的应用。初始对准和安装角误差校准是进行组合导航的两个前置步骤。为提高水下装备的机动性,论文的前两部分主要针对水下装备的快速初始对准和快速坐标系校准问题进行了研究。为提高水下装备的隐蔽性,论文接下来针对外部辅助传感器信息稀疏(长时间间断)情况下,导航精度的提升问题进行了研究。为提高水下装备的抗磁场干扰能力,论文最后针对无外部辅助传感器情况下,采用旋转调制技术提高姿态精度的方法进行了研究。论文的主要研究内容如下：1)提出了一种基于多普勒计程仪的水下快速动基座初始对准算法。算法采用基于最优化的方法对初始姿态进行估计,实现了水下快速姿态粗对准。通过载体姿态和地球姿态分别更新的方式对对准过程中的位置进行估计,实现了无需回溯的位置对准。在中等精度的组合导航系统上进行试验,结果表明初始对准可在5分钟内完成,航向精度优于1°,位置精度优于航程的1.5%。2)提出了一种多普勒计程仪安装角误差...

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
插图和附表清单
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 惯性导航算法的发展历程
        1.2.2 惯性导航装置初始对准的研究现状
        1.2.3 组合导航的研究现状
        1.2.4 多普勒计程仪安装夹角在线校准的研究现状
        1.2.5 MEMS惯性传感器的研究现状
        1.2.6 旋转调制技术的研究现状
    1.3 水下装备组合导航研究目标和存在的问题
    1.4 论文主要研究内容及意义
2 水下装备组合导航关键技术试验平台构建
    2.1 引言
    2.2 论文使用坐标系的定义
    2.3 水下装备主体导航试验平台的构成与搭建
    2.4 被拖曳体姿态测量装置的构成与搭建
3 多普勒计程仪辅助的快速水下动基座初始对准算法研究
    3.1 引言
    3.2 水下动基座初始对准算法的数学描述
    3.3 水下动基座姿态初始对准算法
        3.3.1 水下动基座姿态粗对准算法
        3.3.2 α(t)和β(t)的计算策略
            3.3.2.1 α(t)和β(t)的积分方法
            3.3.2.2 α(t)和β(t)的更新策略
        3.3.3 水下动基座姿态精对准算法及其对位置对准的作用
    3.4 水下动基座位置对准
    3.5 数值模拟验证
    3.6 动基座初始对准试验验证
    3.7 本章小结
4 多普勒计程仪安装误差角快速校准算法的研究
    4.1 引言
    4.2 多普勒计程仪安装误差角校准问题的数学描述
    4.3 多普勒计程仪安装误差角快速校准算法
    4.4 数值模拟验证
    4.5 多普勒计程仪安装角误差补偿试验
    4.6 本章小结
5 速度数据稀疏可用条件下的组合导航算法研究
    5.1 引言
    5.2 速度数据稀疏可用条件下组合导航的数学描述
    5.3 非线性贝叶斯滤波在外部传感器数据稀疏情况下存在的问题
    5.4 迹卡尔曼预测在速度数据稀疏可用条件下的应用
    5.5 数值模拟验证
    5.6 组合导航综合试验验证
    5.7 本章小结
6 基于旋转调制技术的姿态传感方法研究
    6.1 引言
    6.2 姿态传感中引入旋转调制的目的
    6.3 基于旋转调制技术的姿态传感器的设计原则
    6.4 基于旋转调制技术的姿态传感器的误差分析与补偿
        6.4.1 基于旋转调制技术的姿态传感器的安装误差补偿
        6.4.2 基于特定旋转策略的姿态误差补偿理论分析
    6.5 数值模拟验证
    6.6 基于旋转调制技术的姿态传感试验
    6.7 本章小结
7 结论与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 创新点总结
    7.3 未来研究展望
参考文献
科研成果



本文编号：3891877