慣性-多普勒組合導(dǎo)航回溯算法研究.pdf

1、慣性/多普勒組合導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)水下自主導(dǎo)航的主要方式。由于僅有載體系下的多普勒速度觀測(cè)，水下導(dǎo)航信息源少、環(huán)境復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)誤差參數(shù)精確標(biāo)定、快速對(duì)準(zhǔn)與高精度導(dǎo)航仍然面臨以下挑戰(zhàn)：
　　1.水下航行標(biāo)定模式下，慣性/多普勒組合導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)精度影響多普勒測(cè)速誤差標(biāo)定精度，而反過來多普勒測(cè)速誤差也會(huì)帶來慣性/多普勒組合導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)誤差，存在一定的耦合。
　　2.僅有載體系下的多普勒速度觀測(cè)時(shí)，受方位可觀測(cè)度弱的影響，動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)快速性

2、與對(duì)準(zhǔn)精度間的矛盾突出。
　　3.總的初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間受限的情況下，粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間和精對(duì)準(zhǔn)時(shí)間的矛盾：動(dòng)基座條件下，粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間短，精對(duì)準(zhǔn)將面臨大失準(zhǔn)角問題；粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)，失準(zhǔn)角小，但精對(duì)準(zhǔn)時(shí)間短了。
　　4.無位置觀測(cè)信息條件下，水下慣性/多普勒組合導(dǎo)航誤差參數(shù)在線估計(jì)與位置誤差修正問題。
　　論文針對(duì)上述實(shí)際問題，提出并開展了基于回溯的多普勒測(cè)速誤差精確標(biāo)定、動(dòng)基座快速對(duì)準(zhǔn)、組合導(dǎo)航誤差參數(shù)在線估計(jì)理論方法研究，主要工作和創(chuàng)

3、新點(diǎn)如下：
　　1.對(duì)于水下航行器定期上浮的在線標(biāo)定模式，提出了基于姿態(tài)回溯的多普勒測(cè)速誤差標(biāo)定模型和算法，顯著減小了由初始對(duì)準(zhǔn)帶來的姿態(tài)誤差對(duì)標(biāo)定精度的影響，保證了標(biāo)定算法在復(fù)雜海況下的魯棒性。論文提出的兩點(diǎn)在線標(biāo)校算法，起始點(diǎn)已知條件下，只需一次上浮即可完成在線標(biāo)定。
　　2.提出了多普勒輔助下基于回溯的動(dòng)基座快速優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)模型和算法。對(duì)于僅有多普勒輔助、無位置觀測(cè)量的情況，論文通過回溯算法，解決了對(duì)準(zhǔn)過程中的導(dǎo)航定位問題

4、。同時(shí)，通過比較研究，采用交叉取點(diǎn)的方式提高了優(yōu)化對(duì)準(zhǔn)的精度。
　　3.提出了多普勒輔助下基于回溯的卡爾曼濾波動(dòng)基座快速對(duì)準(zhǔn)模型和算法。分析了慣性/多普勒組合導(dǎo)航卡爾曼濾波對(duì)準(zhǔn)過程中，航向誤差可觀測(cè)度弱、收斂緩慢的問題。為解決粗對(duì)準(zhǔn)時(shí)間與精對(duì)準(zhǔn)時(shí)間的矛盾并提高對(duì)準(zhǔn)精度，論文提出了新的回溯對(duì)準(zhǔn)方法。在粗對(duì)準(zhǔn)的過程中存儲(chǔ)一定的數(shù)據(jù)用于之后的回溯精對(duì)準(zhǔn)，相當(dāng)于延長(zhǎng)了粗對(duì)準(zhǔn)和精對(duì)準(zhǔn)的時(shí)間，改善了動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)精度，提高了對(duì)準(zhǔn)的快速性。由于慣導(dǎo)

5、的高更新率，直接回溯將需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)。針對(duì)該問題，論文提出了一個(gè)新的慣性系下的卡爾曼濾波精對(duì)準(zhǔn)模型。粗對(duì)準(zhǔn)過程中僅需要存儲(chǔ)少量的數(shù)據(jù)即可完成之后的回溯精對(duì)準(zhǔn)，解決了回溯對(duì)準(zhǔn)算法的實(shí)時(shí)應(yīng)用問題。
　　4.提出了多普勒輔助下的大失準(zhǔn)角對(duì)準(zhǔn)模型和UKF濾波算法。論文從對(duì)準(zhǔn)的快速性、精度、及對(duì)準(zhǔn)的魯棒性上對(duì)大失準(zhǔn)角UKF濾波對(duì)準(zhǔn)和以上兩種基于回溯的對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證比較。
　　5.提出了慣性系回溯組合導(dǎo)航及參數(shù)估計(jì)模型和算法