光纤捷联罗经系统初始对准技术研究

摘要

光纤捷联罗经系统能够连续为舰艇等载体提供航向及纵横摇信息，凭借其高精度、低成本的优势，长期以来都是各国海军研究热点之一。在光纤捷联罗经系统中，初始对准的精度会直接影响系统的导航精度。本文针对船用光纤捷联罗经系统的初始对准技术展开研究，以期提升初始对准性能。本文的主要研究工作和取得的成果如下:
　　(1)介绍了捷联罗经系统基本原理以及罗经法精对准原理，对罗经对准回路参数的设计展开研究，分析并比较了四种罗经回路参数设计方案的对准性能。针对罗经法对准前需要粗对准及大失准角对准问题提出一种改进罗经对准算法，以实现无需粗对准的捷联罗经对准算法。
　　(2)针对罗经对准回路参数大多依靠经验值获取难以达到最优对准效果的问题，提出了基于遗传算法的时变罗经法。本文详细介绍了利用遗传算法对时变罗经参数进行优化的步骤和适应度函数的选取过程。实验结果表明，该算法在不同对准条件下都能得到罗经对准回路的最优参数从而提高了系统的对准精度。
　　(3)针对舰船行进间对准问题，详细阐述了外速度辅助罗经对准算法，分析了测速误差和不同机动条件对外速度辅助罗经对准算法的影响，并将自适应的平稳参数切换技术应用于该算法以减小参数切换所造成的系统振荡。针对外速度辅助罗经对准算法在有连续加减速运动时需频繁切换参数造成系统振荡且变换参数难以确定的问题，提出了外速度辅助的简化UKF对准算法。
　　(4)进行了光纤捷联罗经系统初始对准的样机实验。介绍了转台实验和车载实验环境及内容，并通过样机实验验证了改进罗经对准算法和外速度辅助的简化UKF对准算法的正确性、有效性与实用性。

目录

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．2 国内外发展现状

1．2．1 光纤陀螺国内外发展现状

1．2．2 罗经系统国内外发展现状

1．2．3 初始对准技术国内外发展现状

1．3 论文主要工作及安排

第二章 捷联罗经系统基本原理

2．1 引言

2．2 常用坐标系及其相互转换

2．2．1 常用坐标系

2．2．2 坐标系之间的转换

2．3 捷联罗经系统微分方程

2．3．1 速度更新微分方程

2．3．2 位置更新微分方程

2．3．3 姿态更新微分方程

2．4 捷联罗经系统误差模型

2．4．1 速度误差方程

2．4．2 位置误差方程

2．4．3 姿态误差方程

2．5 罗经法精对准原理

2．5．1 罗经法水平对准

2．5．2 罗经法方位对准

2．6 本章小结

第三章 改进罗经对准算法

3．1 引言

3．2 罗经法对准参数设计

3．3 改进罗经对准算法

3．3．1 对准回路频域分析

3．3．2 改进罗经对准算法步骤

3．4 实验分析

3．4．1 四种参数设计方案摇摆基座半物理实验

3．4．2 大失准角静基座精对准仿真实验

3．4．3 大失准角摇摆基座精对准仿真实验

3．5 本章小结

第四章 基于遗传算法的时变罗经对准算法

4．1 引言

4．2 遗传算法简介

4．2．1 遗传算法数学模型

4．2．2 简单遗传算法的运算流程

4．3 基于遗传算法的时变罗经对准算法

4．3．1 算法设计

4．3．2 建立适应度函数

4．4 实验分析

4．4．1 静基座半物理实验

4．4．2 摇摆基座半物理实验

4．5 本章小结

第五章 外速度辅助行进间对准算法

5．1 引言

5．2 基于外速度辅助的行进间罗经对准算法设计

5．2．1 机动条件对罗经法对准的影响

5．2．2 外速度辅助行进间罗经法对准算法

5．2．3 速度误差对外速度辅助罗经对准算法的影响

5．2．4 摇摆对外速度辅助的罗经对准算法影响

5．2．5 线加速度对外速度辅助罗经对准算法的影响

5．3 基于外速度辅助的简化UKF对准

5．3．1 状态方程的建立

5．3．2 量测方程的建立

5．3．3 简化UKF算法

5．4 仿真实验

5．4．1 基于外速度辅助的罗经对准算法仿真

5．4．2 基于外速度辅助的简化切口算法仿真

5．5 本章小结

第六章 样机实验

6．1．1 实验设备及环境

6．1．2 静基座对准实验

6．1．3 摇摆基座对准实验

6．2 车载实验

6．2．1 实验设备及环境

6．2．2 晃动基座对准实验

6．2．3 行进间对准实验

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果