基于角速率匹配法的船體變形估計算法研究.pdf

1、該文研究了基于角速率匹配法慣性測量船體變形估計算法。具體地，研究了基于線性模型的慣性測量匹配法和基于非線性模型的慣性測量匹配法。
　　在基于線性模型的慣性測量匹配法中，建立了船體變形線性模型，進行了基于實驗數據的動態(tài)變形角模型參數優(yōu)化，并通過實際數據仿真證明了參數優(yōu)化的正確性。針對角速率匹配法的線性模型還進行了可觀測性分析，指出了系統因部分可觀測而對變形角測量造成的影響。同時，該文針對線性模型進行了三次不同條件下的仿真：分別為艦船

2、小角度搖擺下勻速直線航行系統仿真、典型搖擺下勻速直線航行系統仿真和典型搖擺下艦船作圓周運動時的系統仿真。仿真結果表明該算法具有良好的穩(wěn)定性，靜態(tài)變形角和動態(tài)變形角的估計精度也都達到了0.3角分和0.5角分以內。
　　基于目前慣性測量船體變形的研究仍局限于線性模型的現狀，該文還根據兩慣性測量單元間安裝誤差角較大時的情況，研究了基于非線性模型的慣性測量匹配算法。首先建立了船體變形非線性模型，然后針對該非線性模型給出了兩種典型的非線性濾

3、波，并對兩種非線性濾波的估計精度進行了基于泰勒展開的比較分析。為驗證 EKF、UKF、CKF對非線性模型濾波估計的有效性，該文還分別進行了多種仿真條件下的系統仿真。仿真結果表明，針對弱非線性系統EKF、UKF和CKF均能有效估計出變形角。但是隨著系統非線性程度的增強，EKF估計精度顯著下降，而UKF與CKF均表現出了良好的穩(wěn)定性。這表明無論針對線性模型和非線性模型，UKF和 CKF均具有良好的估計效果。此外，該文還對 UKF和CKF的估

4、計精度進行了仿真比較，具體地就是針對慣性測量單元在航向安裝誤差角為30度時，和慣性測量單元在航向、縱向、橫向分別為30度、10度、10度時兩種情況下的非線性模型進行了仿真對比。為保證仿真結果的準確性，分別就每種情況各進行了50次UKF、CKF濾波，然后從統計50次仿真結果的收斂時間和估計精度兩方面進行UKF和CKF濾波效果的比較。通過統計仿真結果可發(fā)現，針對強非線性模型UKF和CKF均能有效估計出變形角，但是CKF的估計精度比UKF更高