水下航行器組合導航系統(tǒng)與信息融合技術研究.pdf

1、水下航行器作為開發(fā)海洋的重要手段,具有活動范圍廣、體積小、隱蔽性好等優(yōu)點,在民用和軍事上均得到了廣泛應用。隨著水下航行器對導航精度要求的不斷提高,高精度導航是其可靠、安全地完成水下導航任務的技術保障,而且面對水下復雜多變的工作環(huán)境,單一的導航方式在水下航行器應用中具有很大的局限性。因此,本文針對水下航行器的工作過程和實際應用需求,對水下航行器組合導航系統(tǒng)與信息融合技術展開深入研究。論文研究的主要工作有:
　　1、針對水下航行器在實

2、際應用中無法完成自對準的問題,研究了基于SINS/GPS的水下航行器動基座對準技術。首先,基于歐拉平臺誤差角建立了捷聯(lián)慣導系統(tǒng)在大方位失準角條件下的非線性誤差模型;其次,為了克服對準中系統(tǒng)會受觀測粗差和噪聲統(tǒng)計特性不準確的影響,提出了自適應抗差CKF濾波算法;最后,通過仿真分析和實船試驗,驗證了該算法能夠提高濾波的估計精度和收斂速度,增強濾波算法的穩(wěn)定性和自適應能力,能夠滿足水下航行器動基座對準的要求。
　　2、針對傳統(tǒng)標定方法在

3、實際使用和維護方面的不便,研究了基于SINS/CNS的水下航行器陀螺誤差在線標定技術。首先,基于四元數誤差建立了陀螺誤差在線標定模型;其次,為了解決系統(tǒng)維數較高會導致實時性變差的問題,通過對系統(tǒng)狀態(tài)變量的可觀測性分析,提出了模型預測濾波和遞推濾波相結合的混合濾波算法;最后,通過仿真分析,驗證了該算法的有效性和優(yōu)越性。
　　3、針對GPS等基于無線電傳播的導航設備無法在水下使用的局限性,研究了水下航行器SINS/DVL組合導航技術。

4、首先,建立了SINS/DVL組合導航系統(tǒng)的數學模型,分析了不同校正方式對濾波的影響,并通過仿真驗證了混合校正方式的優(yōu)越性;其次,在水下航行器的實際導航工作中,為了解決系統(tǒng)量測噪聲未知或時變、系統(tǒng)模型存在誤差的問題,分別提出了簡化Sage-Husa自適應Kalman濾波算法和估計方差陣自動加權Kalman濾波算法;最后,通過仿真分析和試驗,驗證了上述濾波算法對于提高濾波靈活性、抑制濾波發(fā)散起到了一定作用,提高了水下航行器SINS/DVL組

5、合導航的精度。
　　4、針對長時間、遠航程水下航行器的高精度導航需求和工作特點,研究了基于SINS/GPS水面校正的遠程水下航行器組合導航技術。首先,建立了SINS/GPS組合導航系統(tǒng)的數學模型;其次,為了克服浪涌、陣風和機動變化等干擾因素對水下航行器水面校正過程的影響,以及解決GPS在高動態(tài)環(huán)境下可能會出現量測野值的問題,提出了具有抗野值功能的強跟蹤自適應Kalman濾波算法;最后,通過仿真分析和試驗,驗證了該算法能夠在實際應用

6、中提高導航的定位精度。
　　5、為了實現多水下導航傳感器信息的有效融合以及進一步提高水下導航精度,研究了基于SINS/DVL/MCP/TAN的水下航行器信息融合技術。首先,建立了相應組合導航系統(tǒng)的數學模型,基于PWCS理論和奇異值分解的可觀測性分析,分別對SINS/DVL組合導航系統(tǒng)、SINS/DVL/MCP組合導航系統(tǒng)、SINS/DVL/MCP/TAN組合導航系統(tǒng)進行了可觀測性分析,得到了最佳的組合方式,以提高濾波的估計能力;其