INS-USBL組合導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航依靠慣性測(cè)量單元和其它配套設(shè)施，提供姿態(tài)、速度和位置等非常完備的導(dǎo)航信息，短時(shí)間精度高，與外界不發(fā)生任何聲光電信號(hào)的聯(lián)系，隱蔽性好，常用作導(dǎo)航系統(tǒng)的主導(dǎo)航設(shè)備。在不透明的水域中，不管是光波還是電磁波，它們?cè)趥鞑ネ緩街心芰克p都很大，其傳播距離很是有限;但聲波在海水中的衰減率小、傳播性能好，比光波、電磁波更契合水下定位對(duì)信息載體的嚴(yán)苛需求。在進(jìn)行水下定位時(shí)，綜合采用INS/USBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)，既能克服純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差積累問(wèn)題，

2、又能適用于水下導(dǎo)航定位的特殊環(huán)境，為水下載體和目標(biāo)提供高精度的導(dǎo)航信息。本論文擬定基于倒置的超短基線聲學(xué)基陣，研究慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與超短基線定位系統(tǒng)的松組合和緊組合技術(shù)，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、對(duì)若干常用的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明定義，依據(jù)牛頓力學(xué)定律等理論，推導(dǎo)出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)解算流程;為了分析INS的誤差特性，建立INS誤差方程。接著，研究超短基線定位系統(tǒng)基于相位差的定位原理，結(jié)合最小均方誤差算法設(shè)計(jì)出自適應(yīng)相

3、位差估計(jì)器的原理框圖;針對(duì)若干誤差項(xiàng)，研究USBL的誤差特性，分析并補(bǔ)償其定位誤差。
　　2、基于聲波往返傳播時(shí)間（RTT）和平面波近似方法求解出應(yīng)答器相對(duì)于USBL的定位位置，為后續(xù)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型奠定基礎(chǔ)。研究卡爾曼濾波的基本理論及其濾波流程，在前文INS誤差方程和USBL導(dǎo)航解算方程的基礎(chǔ)上，以位置差為觀測(cè)量，建立INS/USBL松組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測(cè)方程。為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾性，設(shè)計(jì)INS/USBL緊組

4、合技術(shù)，它考察了USBL的原始斜距、斜距差以及聲學(xué)基陣的空間分布信息，其中的誤差較為簡(jiǎn)單易于補(bǔ)償，對(duì)組合導(dǎo)航算法更有益。
　　3、為了更深一步地提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，研究非線性濾波方法—EKF和UKF算法，推導(dǎo)了EKF算法中非線性狀態(tài)方程和量測(cè)方程線性化過(guò)程;依據(jù)UKF算法的基礎(chǔ)—Unscented變換過(guò)程，完成UKF算法的實(shí)現(xiàn)流程設(shè)計(jì)。進(jìn)行數(shù)值仿真，仿真曲線和數(shù)理統(tǒng)計(jì)表格表明線性和非線性的INS/USBL組合導(dǎo)航技術(shù)均能夠