基于大型水下运载器惯导系统的传递对准及精度评估技术研究

摘要

大型水下运载器由于其在军事等领域有着广泛的应用前景，目前，美国、英国、德国、法国、俄罗斯等多国投入了越来越多的人力物力到其研究和开发中。就目前而言，大型水下运载器运用的主要导航设备为惯性导航系统，而导航的动基座初始对准是关键问题之一。因此研究大型水下运载器的传递对准技术对其工程应用依然有着重要的意义。平台惯导系统依靠其高精度的特点，在我国的应用依然很广泛。本文针对大型水下运载器的机动特点，对平台惯导系统传递对准技术进行研究，并设计对准方案。
　　本文研究的是平台惯导系统，首先对平台惯导系统相关的知识进行了介绍。根据导航的基本工作原理，详细推导了平台式惯导系统的误差方程。之后，简单介绍了卡尔曼滤波的工作特点和滤波方程，为以后章节的研究奠定初步的理论基础。
　　为了选择适合大型水下运载器的对准方式，本文对速度匹配、比力匹配、姿态匹配、角速度匹配这四种经典匹配算法进行分析。以大型水下运载器平台惯导系统为参考前
　　提，通过仿真对比，选择“速度+比力”匹配。由于这种匹配方案的精度和对准时间受到载体机动的影响比较大。为了合理设计传递对准的机动方式，对大型水下运载器的四种典型机动运动进行了仿真。
　　对于“速度+比力”匹配传递对准的误差因素影响最大的主要是时间延迟误差和杆臂效应误差。本文对于时间延迟误差的补偿，利用状态量扩增的算法。对于杆臂效应误差的补偿，选择计算补偿的方法。
　　针对大型水下运载器平台惯导系统这种典型工况，研究采用主惯导系统作为高精度参考系统对其传递对准进行精度评估的方法。选择速度和位置作为量测量，根据平台惯导系统的误差方程和力学方程，给出了基于大型水下运载器平台惯导系统传递对准精度评估的状态空间模型，采用卡尔曼滤波平滑算法，实现传递对准精度评估。
　　在以上基础上，考虑对于传递对准方案设计的方便，利用MATLAB的GUI技术，对传递对准仿真平台进行了开发，在平台中可以自由修改导航参数、补偿算法、载体机动参数、器件误差等参数，实现对传递对准方案的设计。

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第1章 绪论

1.1 惯性导航及传递对准技术概述

1.2 传递对准精度评估技术概述

1.3 国内外研究现状

1.4 课题研究的背景

1.5 论文的主要工作

第2章 平台惯导系统初始对准的基本理论

2.1 传递对准中常用坐标系及其转换关系

2.2 惯导导航系统的机械编排方程

2.3 惯性导航系统误差方程

2.4 卡尔曼滤波算法

2.5 本章小结

第3章 大型水下运载器的传递对准匹配方案研究

3.1 经典传递对准匹配算法

3.2大型水下运载器传递对准算法对比与分析

3.3大型水下运载器传递对准算法仿真

3.4 载体机动方式及其对传递对准的影响

3.5 本章小结

第4章 大型水下运载器的传递对准误差因素及补偿

4.1 传递对准时间延迟影响分析与误差补偿

4.2 传递对准杆臂效应影响分析与误差补偿

4.3 本章小结

第5章 传递对准的精度评估及仿真平台设计

5.1 卡尔曼滤波平滑法

5.2 传递对准仿真平台实现

5.3 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