基于CKF的SINS-DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、隨著人類對(duì)海洋研究的深入,對(duì)水下或水面運(yùn)載體導(dǎo)航系統(tǒng)的要求也越來越嚴(yán)苛。本文針對(duì)水下或水面導(dǎo)航中基于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)和多普勒計(jì)程儀(DVL)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了研究,SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)融合了SINS解算速度和DVL實(shí)時(shí)測(cè)量速度信息,采用卡爾曼濾波技術(shù)抑制SINS隨時(shí)間累積的誤差;并針對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波精度較低的問題,采用容積卡爾曼濾波(CKF)技術(shù)解決非線性SINS/DVL組合導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)和導(dǎo)航問題。
　　首先

2、,介紹了慣性參考坐標(biāo)系和慣導(dǎo)基本方程,并對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的探討,論述了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理、誤差來源、非線性誤差模型的推導(dǎo)和數(shù)學(xué)編排,此外介紹了多普勒效應(yīng),并由此原理推導(dǎo)了DVL的測(cè)速原理,分析了雙波束、四波束DVL的測(cè)速優(yōu)勢(shì)。
　　其次,分析了SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理、誤差模型、誤差方程和組合方式;研究了卡爾曼濾波原理并推導(dǎo)了其計(jì)算流程;為了進(jìn)一步解決非線性濾波問題,建立了擴(kuò)展卡爾曼濾波狀態(tài)方程和量測(cè)

3、方程,并對(duì)非線性SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了初始對(duì)準(zhǔn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等狀態(tài)的仿真,仿真結(jié)果表明,擴(kuò)展卡爾曼濾波能在一定程度上降低初始對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)角誤差,提高導(dǎo)航定位精度。
　　最后,詳細(xì)介紹了容積卡爾曼濾波技術(shù),分析了spherical-radial cubature準(zhǔn)則并推導(dǎo)了CKF濾波算法,建立了基于CKF的非線性SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波模型,并對(duì)比了CKF和EKF濾波結(jié)果。仿真結(jié)果表明,在相同的仿真條件