艦用捷聯(lián)慣導(dǎo)-天文-計(jì)程儀組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)于水面艦艇，如何在不依賴衛(wèi)星導(dǎo)航的條件下，全自主的獲取高精度導(dǎo)航信息一直是近年來(lái)的研究難點(diǎn)與熱點(diǎn)。為了解決這一問(wèn)題，可采用基于捷聯(lián)慣導(dǎo)/天文/計(jì)程儀的組合導(dǎo)航方法，即利用計(jì)程儀和天文導(dǎo)航輸出作為基準(zhǔn)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)的發(fā)散式導(dǎo)航誤差進(jìn)行周期性重校，獲取高精度導(dǎo)航信息，達(dá)到組合導(dǎo)航的目的。然而，由于計(jì)程儀測(cè)速存在時(shí)變量測(cè)噪聲誤差、艦用天文導(dǎo)航系統(tǒng)受制于天氣等因素影響基準(zhǔn)信息的實(shí)時(shí)可用性，降低組合導(dǎo)航精度。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的基于捷聯(lián)慣導(dǎo)

2、/天文/計(jì)程儀組合模式下的組合導(dǎo)航方法展開(kāi)深入研究，旨在探討如何在艦用應(yīng)用背景條件下，提高外測(cè)基準(zhǔn)信息精度，進(jìn)而完善該組合導(dǎo)航方案。
　　本研究分別推導(dǎo)了系統(tǒng)可觀測(cè)性矩陣及基于線性非奇異變換的能觀測(cè)性分解矩陣，進(jìn)而得到各狀態(tài)量完全可觀測(cè)的載體運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)原則，達(dá)到最大限度的估算導(dǎo)航誤差、提高導(dǎo)航精度的目的；對(duì)于計(jì)程儀存在未知量測(cè)噪聲導(dǎo)致系統(tǒng)導(dǎo)航精度下降的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)計(jì)程儀量測(cè)噪聲模型的建立以及噪聲參數(shù)估算過(guò)程的推導(dǎo)，提出了基于自適

3、應(yīng)兩階卡爾曼濾波的組合導(dǎo)航方法，達(dá)到抑制計(jì)程儀量測(cè)噪聲、提高觀測(cè)量精度的目的。對(duì)于星敏感器（天文導(dǎo)航傳感器）輔助條件下的組合導(dǎo)航技術(shù)，充分利用星敏感器測(cè)量高精度慣性系姿態(tài)這一特點(diǎn)，從慣性器件誤差在線標(biāo)校、慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差校正兩方面展開(kāi)研究：首先推導(dǎo)了基于誤差四元數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)方程與量測(cè)方程，通過(guò)可觀測(cè)性及可觀測(cè)度分析得到了陀螺儀各誤差項(xiàng)完全可觀測(cè)的在線標(biāo)定路徑設(shè)計(jì)原則，進(jìn)而達(dá)到星敏感器輔助陀螺儀在線標(biāo)定的目的；針對(duì)星敏感器解算相對(duì)地理系導(dǎo)航信

4、息需要引入外測(cè)水平姿態(tài)和位置的特性，推導(dǎo)了星敏感器導(dǎo)航誤差方程，根據(jù)該誤差傳播特性提出了基于姿態(tài)耦合和最優(yōu)估計(jì)的捷聯(lián)慣性/星敏感器組合導(dǎo)航方案，并根據(jù)兩種組合方案的特性分析了各方案的適用性。為解決應(yīng)用載體變化和觀星高度變化導(dǎo)致艦用星敏感器測(cè)量精度下降這一問(wèn)題，在捷聯(lián)慣導(dǎo)/星敏感器的組合導(dǎo)航模式下，將改進(jìn)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到組合導(dǎo)航方案中：針對(duì)該應(yīng)用環(huán)境下，在重新設(shè)計(jì)與改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值與閾值設(shè)定方法的基礎(chǔ)上，利用捷聯(lián)慣性、星敏感器兩

5、類傳感器的導(dǎo)航信息，以前期組合導(dǎo)航的導(dǎo)航信息作為“歷史數(shù)據(jù)”，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻外界環(huán)境因素影響下的星敏感器測(cè)量誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)與修正，抑制艦用星敏感器測(cè)量誤差。提出了基于加速度計(jì)/星敏感器/計(jì)程儀的載體行進(jìn)間粗對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，在分析了加速度計(jì)測(cè)量信息慣性系投影具有重力加速度為常值特性的基礎(chǔ)上，利用星敏感器測(cè)量轉(zhuǎn)換矩陣及計(jì)程儀測(cè)速，將加速度計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行信息優(yōu)化及投影轉(zhuǎn)換，進(jìn)而獲取載體姿態(tài)，達(dá)到粗對(duì)準(zhǔn)目的；為了避免單一傳感器導(dǎo)航誤差過(guò)大或?qū)Ш绞У葐?wèn)題對(duì)