慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)技術(shù)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、本文從研究艦船艦載機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始對準(zhǔn)技術(shù)實(shí)際要求出發(fā)，針對艦載機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)海上對準(zhǔn)問題建立可適用于大失準(zhǔn)角情形的速度姿態(tài)匹配傳遞對準(zhǔn)非線性誤差模型進(jìn)行慣性導(dǎo)航系統(tǒng)快速傳遞對準(zhǔn)技術(shù)研究；基于Bayesian最優(yōu)估計理論和Sigma-Points確定性采樣數(shù)值逼近方法研究新型非線性Sigma-Points濾波算法替代傳統(tǒng)的卡爾曼濾波算法來建立艦船艦載機(jī)快速傳遞對準(zhǔn)非線性誤差模型濾波算法，并對快速傳遞對準(zhǔn)模型及其算法實(shí)現(xiàn)中的幾個關(guān)鍵問題

2、進(jìn)行深入研究。
　　 在詳細(xì)分析Baysian最優(yōu)估計理論的Gauss-Hermite數(shù)值積分逼近原理及其積分逼近濾波算法基礎(chǔ)上，研究Sigma-Points非線性濾波理論中的Unscented Transformation濾波算法、中心差分濾波算法與Gauss-Hermite數(shù)值積分逼近濾波算法間的結(jié)構(gòu)關(guān)系?；诙AStirling多項式插值逼近理論的插值濾波(CDDF2)算法結(jié)構(gòu)分析以及與UKF算法對比研究，建立適當(dāng)選取Si

3、gma-Points點(diǎn)集的中心差分濾波(CDKF)算法。并且進(jìn)一步討論了UKF和CDKF算法的加性噪聲形式(ACDKF)和平方根形式(SRCDKF)的擴(kuò)展算法。通過對Sigma-Points濾波算法結(jié)構(gòu)分析，揭示了Sigma-Points濾波算法隱含的統(tǒng)計線性化的加權(quán)統(tǒng)計線性遞歸思想；進(jìn)而對Sigma-Points濾波算法的后驗(yàn)均值和后驗(yàn)估計方差的估計精度進(jìn)行了理論研究分析。
　　 闡述慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理及其輸出信息解算方法，推導(dǎo)

4、了平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出信息的轉(zhuǎn)化關(guān)系式?；趥鹘y(tǒng)的PWCS可觀測分析理論和方法研究，依據(jù)矩陣譜條件數(shù)和擾動理論進(jìn)行了傳統(tǒng)快速傳遞對準(zhǔn)線性誤差模型的譜條件數(shù)可觀測性和可觀測度分析，并且針對傳統(tǒng)快速傳遞對準(zhǔn)線性誤差模型算法進(jìn)行了不同機(jī)動條件下的仿真研究，為新型快速傳遞對準(zhǔn)誤差模型及其機(jī)動方案選擇提供理論依據(jù)。
　　 基于高階Cayley變換原理詳細(xì)研究分析四元數(shù)、Rodrigues參數(shù)和修正Rodrigues參

5、數(shù)等載體姿態(tài)描述方法以及它們之間的統(tǒng)一性關(guān)系，為建立四元數(shù)加權(quán)均值計算和修正Rodrigues參數(shù)加權(quán)均值間接計算方法提供理論依據(jù)，也為姿態(tài)描述方法研究開辟新的途徑?；诔诵运脑獢?shù)提出了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)乘性四元數(shù)誤差模型改進(jìn)算法；基于四元數(shù)誤差量與乘性四元數(shù)的關(guān)系提出了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)加性四元數(shù)誤差模型改進(jìn)算法；基于艦船運(yùn)動中艦載機(jī)姿態(tài)運(yùn)動特點(diǎn)和修正Rodrigues參數(shù)姿態(tài)描述方法提出了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)修正Rodrigue

6、s參數(shù)誤差模型。這三種傳遞對準(zhǔn)速度姿態(tài)匹配算法為快速傳遞對準(zhǔn)技術(shù)開辟了新的研究方向。
　　 基于艦載機(jī)海上對準(zhǔn)實(shí)際特點(diǎn)詳細(xì)分析了艦船主慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可能存在的姿態(tài)誤差及其對艦載機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)的影響及其相應(yīng)的處理方法；分析了桿臂效應(yīng)誤差對主、子慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速度誤差的影響，并利用桿臂效應(yīng)誤差計算補(bǔ)償法對傳遞對準(zhǔn)系統(tǒng)速度誤差進(jìn)行補(bǔ)償研究。利用ACDKF算法以及SRCDKF算法對三種快速傳遞對準(zhǔn)非線性誤差模型進(jìn)行艦載機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

7、海上對準(zhǔn)仿真研究。仿真分析了桿臂效應(yīng)誤差、主慣性導(dǎo)航系統(tǒng)初始姿態(tài)誤差和速度誤差以及艦船搖擺幅度等因素對三種快速傳遞對準(zhǔn)非線性誤差模型姿態(tài)失準(zhǔn)角估計結(jié)果的影響，從而驗(yàn)證本文提出的三種適用于大角度失準(zhǔn)角情形的快速傳遞對準(zhǔn)算法的有效性，為合理選擇對準(zhǔn)模型和濾波器算法提供了理論依據(jù)，也為是否補(bǔ)償桿臂效應(yīng)誤差和如何選擇IMU組件以及對應(yīng)的對準(zhǔn)模型提供了合理依據(jù)。仿真結(jié)果表明海上對準(zhǔn)中改進(jìn)的乘性四元數(shù)模型算法和改進(jìn)的加性四元數(shù)模型算法都可以快速估計