水下航行器組合導(dǎo)航定位技術(shù)研究.pdf

1、由于水下航行器具有良好的隱蔽性，較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力等特點(diǎn)，不僅在軍事上受到各個(gè)國(guó)家的重視，而且在民用領(lǐng)域同樣得到了廣泛的應(yīng)用。隨著水下航行器對(duì)導(dǎo)航定位精度要求的不斷提高，單一的導(dǎo)航系統(tǒng)難以滿足實(shí)際的需求。因此，組合導(dǎo)航系統(tǒng)已逐步成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文對(duì)粒子濾波及其改進(jìn)算法在水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴以貝葉斯估計(jì)理論為基礎(chǔ)，分析了典型的非線性近似濾波方法。重點(diǎn)研究了粒子濾波算法，并針

2、對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理，通過(guò)仿真驗(yàn)證新算法的合理性和正確性。具體方法為：利用容積卡爾曼濾波算法得到狀態(tài)估計(jì)的均值和方差，并基于均值和方差設(shè)計(jì)粒子濾波的重要性密度函數(shù)，有效的降低了粒子退化程度，提高了算法的估計(jì)精度；利用邊緣化技術(shù)，降低系統(tǒng)非線性狀態(tài)變量的維數(shù)，在減少濾波算法計(jì)算量的同時(shí)提高了算法的估計(jì)精度；將正則化方法引入到粒子濾波重采樣過(guò)程中，有效的抑制了粒子樣本枯竭問(wèn)題。
　?、漆槍?duì)水下航行器在受到外界干擾時(shí)無(wú)法完成靜基座對(duì)準(zhǔn)的

3、問(wèn)題，結(jié)合多普勒計(jì)程儀提供的輔助信息，進(jìn)行水下航行器的動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)方法研究。首先，在大方位失準(zhǔn)角情況下，結(jié)合捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型和歐拉平臺(tái)誤差角微分方程推導(dǎo)初始對(duì)準(zhǔn)誤差模型。其次，將抗差估計(jì)原理和自適應(yīng)濾波理論引入到容積粒子濾波（CPF）算法中，提出了抗差自適應(yīng) CPF算法，克服了觀測(cè)粗差和系統(tǒng)噪聲對(duì)狀態(tài)估計(jì)的影響。最后，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了算法的穩(wěn)定性，提高了濾波的估計(jì)精度。
　?、轻槍?duì)GPS導(dǎo)航設(shè)備在水下無(wú)法使用的問(wèn)題，研究了

4、基于浮標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)（LBL）輔助捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（SINS）的組合導(dǎo)航方法。首先，介紹了水下GPS系統(tǒng)的工作過(guò)程，并建立SINS/LBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；其次，根據(jù)SINS/LBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)模型的特點(diǎn)，利用邊緣化技術(shù)，將狀態(tài)變量中的線性部分和非線性部分分開(kāi)表示，并對(duì)非線性部分采用自適應(yīng)粒子濾波進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，進(jìn)一步降低濾波算法所需要的樣本數(shù)目。最后，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了邊緣自適應(yīng)粒子濾波算法在SINS/LBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)中

5、的有效性。
　?、葘?duì)重力異常輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先，研究了地球重力場(chǎng)模型以及重力位系數(shù)的數(shù)值解法，并利用局部重力數(shù)據(jù)對(duì)全球重力場(chǎng)模型位系數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，得到適合局部地區(qū)的重力場(chǎng)模型。其次，針對(duì)慣導(dǎo)/重力異常組合導(dǎo)航系統(tǒng)中量測(cè)方程無(wú)法精確表達(dá)的特點(diǎn)，在粒子濾波重采樣算法的過(guò)程中，引入馬爾科夫鏈蒙特卡羅方法和正則化方法，增加了粒子的多樣性。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了馬爾科夫鏈蒙特卡羅正則粒子濾波算法在慣導(dǎo)/重力異常組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的有效