船用捷联式惯性导航系统冗余配置方法研究

摘要

伴随着我国现阶段从海上大国向海上强国的转变，舰船海上工作能力的提升对舰船导航精度和可靠性提出更高的要求。对于惯性导航系统，其核心部件(陀螺仪和加速度计)的精度和故障率直接决定了系统的导航精度和可靠性，而由于舰船导航系统连续长时间工作的特殊性，其系统需要满足长航时高精度和高可靠性的要求。因此，研究有效的提升舰船捷联式惯导系统的可靠性和精度方法，具有重要的实际意义。
　　鉴于器件级分类方法具有结构简单、成本低、重量轻的特点，在同等数量惯性元件下较系统级冗余方案可靠性更高的优势，论文选择器件级冗余方法，以舰船捷联惯导系统为研究对象，针对传统正交配置方式可靠性低的问题，开展器件级冗余配置方案的研究与设计。论文分别对陀螺个数为4、6、9三种冗余配置情况进行了精度和可靠性对比，并利用广义似然比检验法对所提方案进行仿真，验证所提方案的有效性。
　　论文在提出了相应配置方案的基础上，将配置准则进行了优化处理，更有利于验证配置方案的合理性。陀螺仪个数为4时，捷联惯导系统从非冗余状态转变为冗余状态，系统可靠性提高为原来的1.75倍，本文提出了一种对称斜置配置方案，利用最优准则对安装角度进行优化处理，并与正交方案、斜置方案和圆锥方案进行精度和可靠性两方面的对比，并利用广义似然比检验法对对称斜置配置方案进行单故障仿真，结果显示对称斜置方案可以检测出故障；在考虑系统成本、重量等因素后，提出了陀螺仪个数为6的最佳配置方案，将正十二面体配置方案和伞状方案通过虚警率和漏检率两个方面的对比，并利用GLT方法对伞状方案进行单故障和双故障仿真。针对MEMS惯性器件体积更小、重量更轻的优势，设计了9个MEMS惯性器件的冗余方案，提出了正交旋转方案，通过提出的正交旋转方案和十八面体方案进行比较分析，并分别进行单故障和双故障的仿真，结果显示正交旋转方案均能很好的将单故障和双故障隔离出来。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究发展历程和现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 捷联式惯导系统的冗余设计与故障管理

2.1 引言

2.2 捷联式惯性导航系统概述

2.3 捷联式惯导系统的误差分析

2.4 捷联式惯导系统的冗余设计

2.5 捷联式惯导系统的故障检测与隔离

2.6 本章小结

第3章 基于对称斜置的四陀螺冗余方案设计

3.1 引言

3.2 优化设计性能指标

3.3 冗余配置方案性能分析

3.4 实验仿真验证

3.5 本章小结

第4章 六陀螺冗余系统配置方案设计

4.1 引言

4.2 陀螺仪数目的选择

4.3 正十二面体方案和伞状方案性能分析比较

4.4 实验仿真验证

4.5 本章小结

第5章 基于正交旋转的九陀螺MEMS冗余方案设计

5.1 引言

5.2 基于正交旋转的九陀螺配置方案

5.3 系统精度和可靠性比对分析

5.4 故障检测与隔离性能比对分析

5.5 实验仿真验证

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢