水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)與信息融合技術(shù)研究.pdf

1、水下航行器作為開(kāi)發(fā)海洋的重要手段,具有活動(dòng)范圍廣、體積小、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn),在民用和軍事上均得到了廣泛應(yīng)用。隨著水下航行器對(duì)導(dǎo)航精度要求的不斷提高,高精度導(dǎo)航是其可靠、安全地完成水下導(dǎo)航任務(wù)的技術(shù)保障,而且面對(duì)水下復(fù)雜多變的工作環(huán)境,單一的導(dǎo)航方式在水下航行器應(yīng)用中具有很大的局限性。因此,本文針對(duì)水下航行器的工作過(guò)程和實(shí)際應(yīng)用需求,對(duì)水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)與信息融合技術(shù)展開(kāi)深入研究。論文研究的主要工作有:
　　1、針對(duì)水下航行器在實(shí)

2、際應(yīng)用中無(wú)法完成自對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題,研究了基于SINS/GPS的水下航行器動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。首先,基于歐拉平臺(tái)誤差角建立了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在大方位失準(zhǔn)角條件下的非線(xiàn)性誤差模型;其次,為了克服對(duì)準(zhǔn)中系統(tǒng)會(huì)受觀測(cè)粗差和噪聲統(tǒng)計(jì)特性不準(zhǔn)確的影響,提出了自適應(yīng)抗差CKF濾波算法;最后,通過(guò)仿真分析和實(shí)船試驗(yàn),驗(yàn)證了該算法能夠提高濾波的估計(jì)精度和收斂速度,增強(qiáng)濾波算法的穩(wěn)定性和自適應(yīng)能力,能夠滿(mǎn)足水下航行器動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的要求。
　　2、針對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)定方法在

3、實(shí)際使用和維護(hù)方面的不便,研究了基于SINS/CNS的水下航行器陀螺誤差在線(xiàn)標(biāo)定技術(shù)。首先,基于四元數(shù)誤差建立了陀螺誤差在線(xiàn)標(biāo)定模型;其次,為了解決系統(tǒng)維數(shù)較高會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)性變差的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量的可觀測(cè)性分析,提出了模型預(yù)測(cè)濾波和遞推濾波相結(jié)合的混合濾波算法;最后,通過(guò)仿真分析,驗(yàn)證了該算法的有效性和優(yōu)越性。
　　3、針對(duì)GPS等基于無(wú)線(xiàn)電傳播的導(dǎo)航設(shè)備無(wú)法在水下使用的局限性,研究了水下航行器SINS/DVL組合導(dǎo)航技術(shù)。

4、首先,建立了SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析了不同校正方式對(duì)濾波的影響,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了混合校正方式的優(yōu)越性;其次,在水下航行器的實(shí)際導(dǎo)航工作中,為了解決系統(tǒng)量測(cè)噪聲未知或時(shí)變、系統(tǒng)模型存在誤差的問(wèn)題,分別提出了簡(jiǎn)化Sage-Husa自適應(yīng)Kalman濾波算法和估計(jì)方差陣自動(dòng)加權(quán)Kalman濾波算法;最后,通過(guò)仿真分析和試驗(yàn),驗(yàn)證了上述濾波算法對(duì)于提高濾波靈活性、抑制濾波發(fā)散起到了一定作用,提高了水下航行器SINS/DVL組

5、合導(dǎo)航的精度。
　　4、針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)航程水下航行器的高精度導(dǎo)航需求和工作特點(diǎn),研究了基于SINS/GPS水面校正的遠(yuǎn)程水下航行器組合導(dǎo)航技術(shù)。首先,建立了SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;其次,為了克服浪涌、陣風(fēng)和機(jī)動(dòng)變化等干擾因素對(duì)水下航行器水面校正過(guò)程的影響,以及解決GPS在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)量測(cè)野值的問(wèn)題,提出了具有抗野值功能的強(qiáng)跟蹤自適應(yīng)Kalman濾波算法;最后,通過(guò)仿真分析和試驗(yàn),驗(yàn)證了該算法能夠在實(shí)際應(yīng)用

6、中提高導(dǎo)航的定位精度。
　　5、為了實(shí)現(xiàn)多水下導(dǎo)航傳感器信息的有效融合以及進(jìn)一步提高水下導(dǎo)航精度,研究了基于SINS/DVL/MCP/TAN的水下航行器信息融合技術(shù)。首先,建立了相應(yīng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,基于PWCS理論和奇異值分解的可觀測(cè)性分析,分別對(duì)SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)、SINS/DVL/MCP組合導(dǎo)航系統(tǒng)、SINS/DVL/MCP/TAN組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了可觀測(cè)性分析,得到了最佳的組合方式,以提高濾波的估計(jì)能力;其