基于角速率匹配法的船體變形估計(jì)算法研究.pdf

1、該文研究了基于角速率匹配法慣性測(cè)量船體變形估計(jì)算法。具體地，研究了基于線性模型的慣性測(cè)量匹配法和基于非線性模型的慣性測(cè)量匹配法。
　　在基于線性模型的慣性測(cè)量匹配法中，建立了船體變形線性模型，進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變形角模型參數(shù)優(yōu)化，并通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)仿真證明了參數(shù)優(yōu)化的正確性。針對(duì)角速率匹配法的線性模型還進(jìn)行了可觀測(cè)性分析，指出了系統(tǒng)因部分可觀測(cè)而對(duì)變形角測(cè)量造成的影響。同時(shí)，該文針對(duì)線性模型進(jìn)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(tǒng)仿真、典型搖擺下勻速直線航行系統(tǒng)仿真和典型搖擺下艦船作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)果表明該算法具有良好的穩(wěn)定性，靜態(tài)變形角和動(dòng)態(tài)變形角的估計(jì)精度也都達(dá)到了0.3角分和0.5角分以內(nèi)。
　　基于目前慣性測(cè)量船體變形的研究仍局限于線性模型的現(xiàn)狀，該文還根據(jù)兩慣性測(cè)量單元間安裝誤差角較大時(shí)的情況，研究了基于非線性模型的慣性測(cè)量匹配算法。首先建立了船體變形非線性模型，然后針對(duì)該非線性模型給出了兩種典型的非線性濾

3、波，并對(duì)兩種非線性濾波的估計(jì)精度進(jìn)行了基于泰勒展開(kāi)的比較分析。為驗(yàn)證 EKF、UKF、CKF對(duì)非線性模型濾波估計(jì)的有效性，該文還分別進(jìn)行了多種仿真條件下的系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)果表明，針對(duì)弱非線性系統(tǒng)EKF、UKF和CKF均能有效估計(jì)出變形角。但是隨著系統(tǒng)非線性程度的增強(qiáng)，EKF估計(jì)精度顯著下降，而UKF與CKF均表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。這表明無(wú)論針對(duì)線性模型和非線性模型，UKF和 CKF均具有良好的估計(jì)效果。此外，該文還對(duì) UKF和CKF的估

4、計(jì)精度進(jìn)行了仿真比較，具體地就是針對(duì)慣性測(cè)量單元在航向安裝誤差角為30度時(shí)，和慣性測(cè)量單元在航向、縱向、橫向分別為30度、10度、10度時(shí)兩種情況下的非線性模型進(jìn)行了仿真對(duì)比。為保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，分別就每種情況各進(jìn)行了50次UKF、CKF濾波，然后從統(tǒng)計(jì)50次仿真結(jié)果的收斂時(shí)間和估計(jì)精度兩方面進(jìn)行UKF和CKF濾波效果的比較。通過(guò)統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，針對(duì)強(qiáng)非線性模型UKF和CKF均能有效估計(jì)出變形角，但是CKF的估計(jì)精度比UKF更高