水下裝備組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水下裝備的應(yīng)用和發(fā)展離不開(kāi)精確的導(dǎo)航系統(tǒng)，多普勒計(jì)程儀/慣性組合導(dǎo)航是目前在未知水域最常用的組合導(dǎo)航方式。深入研究水下裝備的導(dǎo)航技術(shù)，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、隱蔽性和抗磁場(chǎng)干擾能力，有助于水下裝備在海底勘探、搜救等方面的應(yīng)用。
　　初始對(duì)準(zhǔn)和安裝角誤差校準(zhǔn)是進(jìn)行組合導(dǎo)航的兩個(gè)前置步驟。為提高水下裝備的機(jī)動(dòng)性，論文的前兩部分主要針對(duì)水下裝備的快速初始對(duì)準(zhǔn)和快速坐標(biāo)系校準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行了研究。為提高水下裝備的隱蔽性，論文接下來(lái)針對(duì)外部輔助傳感

2、器信息稀疏（長(zhǎng)時(shí)間間斷）情況下，導(dǎo)航精度的提升問(wèn)題進(jìn)行了研究。為提高水下裝備的抗磁場(chǎng)干擾能力，論文最后針對(duì)無(wú)外部輔助傳感器情況下，采用旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)提高姿態(tài)精度的方法進(jìn)行了研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)提出了一種基于多普勒計(jì)程儀的水下快速動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)算法。算法采用基于最優(yōu)化的方法對(duì)初始姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水下快速姿態(tài)粗對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)載體姿態(tài)和地球姿態(tài)分別更新的方式對(duì)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的位置進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需回溯的位置對(duì)準(zhǔn)。在中等精

3、度的組合導(dǎo)航系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明初始對(duì)準(zhǔn)可在5分鐘內(nèi)完成，航向精度優(yōu)于1°，位置精度優(yōu)于航程的1.5％。
　　2)提出了一種多普勒計(jì)程儀安裝角誤差的快速在線校準(zhǔn)算法。該算法不依賴于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)更新，從而使得校準(zhǔn)過(guò)程能夠伴隨著初始對(duì)準(zhǔn)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)且僅當(dāng)初始對(duì)準(zhǔn)完成時(shí)，將對(duì)準(zhǔn)結(jié)果代入校準(zhǔn)算法便能得到校準(zhǔn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，校準(zhǔn)算法時(shí)間與傳統(tǒng)算法對(duì)比縮短了50％，提高了水下裝備的機(jī)動(dòng)性。
　　3)研究了在外部傳感器測(cè)

4、量信息稀疏情況下的組合導(dǎo)航算法。根據(jù)貝葉斯濾波理論改進(jìn)了組合導(dǎo)航算法中常用的無(wú)跡卡爾曼濾波器，使用了“多次預(yù)測(cè)，一次修正”的方式，提高了無(wú)跡卡爾曼濾波器對(duì)慣性導(dǎo)航誤差模型預(yù)測(cè)的精度，從而提高了組合導(dǎo)航的精度。試驗(yàn)結(jié)果表明，新算法使用的多普勒計(jì)程儀數(shù)據(jù)量只有原來(lái)的1/30，但總體導(dǎo)航精度仍優(yōu)于航程的1.2％，提高了隱蔽性。
　　4)針對(duì)水下裝備被拖曳體體積小、電磁環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，研究了基于MEMS慣性傳感器的具備抗磁場(chǎng)干擾能力的姿態(tài)