艦用捷聯(lián)慣導(dǎo)-天文-計程儀組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、對于水面艦艇，如何在不依賴衛(wèi)星導(dǎo)航的條件下，全自主的獲取高精度導(dǎo)航信息一直是近年來的研究難點與熱點。為了解決這一問題，可采用基于捷聯(lián)慣導(dǎo)/天文/計程儀的組合導(dǎo)航方法，即利用計程儀和天文導(dǎo)航輸出作為基準(zhǔn)對捷聯(lián)慣導(dǎo)的發(fā)散式導(dǎo)航誤差進(jìn)行周期性重校，獲取高精度導(dǎo)航信息，達(dá)到組合導(dǎo)航的目的。然而，由于計程儀測速存在時變量測噪聲誤差、艦用天文導(dǎo)航系統(tǒng)受制于天氣等因素影響基準(zhǔn)信息的實時可用性，降低組合導(dǎo)航精度。針對這一問題，對復(fù)雜環(huán)境下的基于捷聯(lián)慣導(dǎo)

2、/天文/計程儀組合模式下的組合導(dǎo)航方法展開深入研究，旨在探討如何在艦用應(yīng)用背景條件下，提高外測基準(zhǔn)信息精度，進(jìn)而完善該組合導(dǎo)航方案。
　　本研究分別推導(dǎo)了系統(tǒng)可觀測性矩陣及基于線性非奇異變換的能觀測性分解矩陣，進(jìn)而得到各狀態(tài)量完全可觀測的載體運動路徑設(shè)計原則，達(dá)到最大限度的估算導(dǎo)航誤差、提高導(dǎo)航精度的目的；對于計程儀存在未知量測噪聲導(dǎo)致系統(tǒng)導(dǎo)航精度下降的問題，通過對計程儀量測噪聲模型的建立以及噪聲參數(shù)估算過程的推導(dǎo)，提出了基于自適

3、應(yīng)兩階卡爾曼濾波的組合導(dǎo)航方法，達(dá)到抑制計程儀量測噪聲、提高觀測量精度的目的。對于星敏感器（天文導(dǎo)航傳感器）輔助條件下的組合導(dǎo)航技術(shù)，充分利用星敏感器測量高精度慣性系姿態(tài)這一特點，從慣性器件誤差在線標(biāo)校、慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差校正兩方面展開研究：首先推導(dǎo)了基于誤差四元數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)方程與量測方程，通過可觀測性及可觀測度分析得到了陀螺儀各誤差項完全可觀測的在線標(biāo)定路徑設(shè)計原則，進(jìn)而達(dá)到星敏感器輔助陀螺儀在線標(biāo)定的目的；針對星敏感器解算相對地理系導(dǎo)航信

4、息需要引入外測水平姿態(tài)和位置的特性，推導(dǎo)了星敏感器導(dǎo)航誤差方程，根據(jù)該誤差傳播特性提出了基于姿態(tài)耦合和最優(yōu)估計的捷聯(lián)慣性/星敏感器組合導(dǎo)航方案，并根據(jù)兩種組合方案的特性分析了各方案的適用性。為解決應(yīng)用載體變化和觀星高度變化導(dǎo)致艦用星敏感器測量精度下降這一問題，在捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器的組合導(dǎo)航模式下，將改進(jìn)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到組合導(dǎo)航方案中：針對該應(yīng)用環(huán)境下，在重新設(shè)計與改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值與閾值設(shè)定方法的基礎(chǔ)上，利用捷聯(lián)慣性、星敏感器兩

5、類傳感器的導(dǎo)航信息，以前期組合導(dǎo)航的導(dǎo)航信息作為“歷史數(shù)據(jù)”，對當(dāng)前時刻外界環(huán)境因素影響下的星敏感器測量誤差進(jìn)行預(yù)測與修正，抑制艦用星敏感器測量誤差。提出了基于加速度計/星敏感器/計程儀的載體行進(jìn)間粗對準(zhǔn)技術(shù)，在分析了加速度計測量信息慣性系投影具有重力加速度為常值特性的基礎(chǔ)上，利用星敏感器測量轉(zhuǎn)換矩陣及計程儀測速，將加速度計測量結(jié)果進(jìn)行信息優(yōu)化及投影轉(zhuǎn)換，進(jìn)而獲取載體姿態(tài)，達(dá)到粗對準(zhǔn)目的；為了避免單一傳感器導(dǎo)航誤差過大或?qū)Ш绞У葐栴}對