模糊自适应滤波器在传递对准过程中的应用研究

摘要

捷联惯性导航系统作为惯性导航的一个重要分支，已得到越来越多的实际应用。其根据给定的初始条件，利用陀螺仪和加速度计等惯性敏感器件测定比力和角速度值，再通过导航算法计算即可得出载体的姿态和位置等信息。而初始对准则是惯性导航系统研制与应用中一个很重要的方面，其精度往往决定着惯导系统的精度。传递对准由于其具有高精度、速度快的特点，在初始对准过程中得到了广泛的应用。
　　 本文选择速度匹配的传递对准方式作为研究基础，介绍了传递对准的基础理论知识，推导了速度匹配的力学方程，得到了速度微分方程和失准角微分方程，同时也建立了惯性器件的误差模型。之后介绍了卡尔曼滤波的基本理论，推导了卡尔曼滤波方程，并总结了其特点和应用范围，结合速度匹配传递对准方式，得到了速度匹配条件下的标准卡尔曼滤波模型。在介绍了模糊控制原理的基础上，在速度匹配条件下的标准卡尔曼滤波器中引入了模糊自适应因子，设计了基于模糊控制原理的模糊自适应卡尔曼滤波器。
　　 本文设计了匀速直线运动、匀速运动加三轴摇摆、匀速运动加三轴摇摆且引入模糊误差和匀速加突变四种情况，并比较了在这四种情况下两种滤波器之间性能的差别。仿真结果表明在匀速直线运动情况和匀速运动加三轴摇摆情况下两种滤波器之间性能差别不是很大，模糊自适应滤波器在收敛速度和精度上略优于标准卡尔曼滤波器，但当引入模型误差后，标准卡尔曼滤波器对于某些估计值的估计精度出现了下降，但模糊自适应卡尔曼滤波器仍然较好的估计出了理论值，且收敛速度更快，估计更精确。在匀速加突变的机动条件下，模糊自适应卡尔曼滤波器的收敛速度比标准卡尔曼滤波器要快，且精度也略有提高，滤波性能较标准卡尔曼滤波器更为优秀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 传递对准技术

1．2．1 国外研究情况

1．2．2 国内研究情况

1．3 滤波技术

1．3．1 国外研究情况

1．3．2 国内研究情况

1．4 论文主要内容

第二章 速度匹配传递对准基本理论

2．1 引言

2．2 速度匹配误差分析

2．2．1 速度匹配力学方程

2．2．2 速度微分方程

2．2．3 失准角微分方程

2．2．4 惯性器件误差模型

2．3 卡尔曼滤波理论在传递对准过程中的应用

2．3．1 卡尔曼滤波原理

2．3．2 状态方程

2．3．3 观测方程

2．4 本章小结

第三章 模糊自适应卡尔曼滤波器

3．1 系统噪声与模型误差估算方法

3．2 自适应因子的推导

3．3 模糊控制

3．3．1 模糊控制原理

3．3．2 模糊化接口

3．3．3 模糊规则库

3．3．4 模糊推理机

3．3．5 解模糊接口

3．4 模糊自适应卡尔曼滤波器滤波流程

3．5 本章小结

第四章 仿真测试

4．1 匀速直线运动

4．1．1 参数设置

4．1．2 仿真结果

4．1．3 分析总结

4．2 匀速+三轴摇摆

4．2．1 参数设置

4．2．2 仿真结果

4．2．3 分析总结

4．3 匀速+摇摆+模型误差

4．3．1 参数设置

4．3．2 仿真结果

4．3．3 分析总结

4．4 匀速+突变

4．4．1 参数设置

4．4．2 仿真结果

4．4．3 分析总结

4．5 本章小结

第五章 总结

致谢

参考文献