慣性-地磁組合航姿系統(tǒng).pdf

1、自主式航姿基準(zhǔn)系統(tǒng)是水下無人運(yùn)載器執(zhí)行各種功能任務(wù)的保證。本文基于地磁導(dǎo)航和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航兩種方法開展有關(guān)用于小型水下無人運(yùn)載器的全自主組合航姿基準(zhǔn)系統(tǒng)研究。
　　 采用自研的磁通門羅盤為組合系統(tǒng)提供地磁航向信息。設(shè)計(jì)輸出靈敏度與次級(jí)線圈的匝數(shù)成反比的電流輸出型的雙鐵芯磁通門傳感器作為地磁測(cè)量傳感器，與傳統(tǒng)電壓輸出型磁通門傳感器相比，電流輸出型傳感器有利于減小磁通門羅盤的體積和降低工藝難度。針對(duì)傳統(tǒng)二次諧波檢測(cè)法不能充分利用信號(hào)有

2、用分量的不足，提出了復(fù)合偶次諧波檢測(cè)法通過增加磁通門信號(hào)中被檢測(cè)偶次諧波的數(shù)量提高傳感器的靈敏度。為減小模擬電路的不穩(wěn)定對(duì)磁通門羅盤航向解算精度造成的不利影響，設(shè)計(jì)了數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理和跟蹤式航向解算單元。為改善磁通門羅盤的動(dòng)態(tài)性能，構(gòu)建了地磁航向信號(hào)數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)。
　　 為了補(bǔ)償由于水下無人運(yùn)載器上鐵磁性物質(zhì)導(dǎo)致的磁通門羅盤自差，從地磁力、硬鐵磁力和軟鐵磁力三方面對(duì)磁通門羅盤的自差成因進(jìn)行了力學(xué)分析，推導(dǎo)了自差的大小和正負(fù)

3、與水下無人運(yùn)載器所在的磁緯度、航向以及是否傾斜的關(guān)系。提出了利用電磁方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的校正磁棒補(bǔ)償磁通門羅盤的傾斜和硬磁自差的方法。提出了基于最小二乘的磁通門羅盤軟磁自差補(bǔ)償方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的整套磁通門羅盤的自差補(bǔ)償方法正確，操作難度和復(fù)雜度低，可操作性強(qiáng)。
　　 由于光纖陀螺的隨機(jī)誤差是捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的主要誤差源，本文采用時(shí)間序列分析法對(duì)光纖陀螺的隨機(jī)誤差進(jìn)行建模研究。采用Allan方差法分離了光纖陀螺的各主要隨機(jī)誤差源

4、，精確確定了各項(xiàng)誤差系數(shù)的大小。對(duì)隨機(jī)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行了趨勢(shì)項(xiàng)、周期項(xiàng)、自相關(guān)、偏自相關(guān)的分析。研究了自回歸和滑動(dòng)平均(Autoregressive and Moving Average，簡(jiǎn)稱ARMA)模型階次搜索算法，將模型適用性檢驗(yàn)法中的貝葉斯信息準(zhǔn)則(BIC)用于模型階次搜索，把二維搜索轉(zhuǎn)化為一維搜索，得到了模型階次的一致性估計(jì)。提出一種改進(jìn)U-C算法用于長(zhǎng)自回歸模型計(jì)算殘差法的模型參數(shù)估計(jì)過程，避免了遞推估計(jì)法引入的累積誤差，通過正

5、序和逆序二次使用漂移序列的信息，提高了參數(shù)估計(jì)精度。根據(jù)隨機(jī)誤差建模結(jié)果，設(shè)計(jì)了卡爾曼濾波器對(duì)光纖陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。濾波估計(jì)誤差的統(tǒng)計(jì)特性和Allan方差分析結(jié)果表明，本文的建模方法能夠指導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)有效抑制光纖陀螺的隨機(jī)誤差。
　　 為了提高系泊狀態(tài)下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)速度和精度，在粗對(duì)準(zhǔn)過程中引入基座慣性坐標(biāo)系以有效地分離載體搖擺運(yùn)動(dòng)干擾對(duì)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)精度的影響，通過組合磁通門羅盤航向信息提高了粗對(duì)準(zhǔn)的快速性。在精對(duì)準(zhǔn)參數(shù)辨