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USV协同网络中惯导系统的阻尼和校正
| 论文题名： | USV协同网络中惯导系统的阻尼和校正 |
| 关键词： | 舰艇;惯性导航系统;阻尼网络;综合校正;非线性滤波;噪声特性 |
| 摘要： | 在舰艇编队的协同作业中，主艇装备有高精度惯导系统，为了节约成本，从艇上装备低精度的MEMS惯导系统。从艇可以通过阻尼、综合校正、非线性滤波和协同算法等手段共享主艇的高精度导航信息，从而提高自身的定位精度。 论文详细论述了常速度反馈、超前、滞后超前和二阶匹配水平速度阻尼网络的设计方法，分析了外速度误差、陀螺漂移和加表零偏对阻尼惯导系统的影响，进而将水平速度阻尼网络加入捷联惯导系统的机械编排中。在此基础上，还讨论了基于外定位误差的阻尼网络和水平姿态阻尼网络的设计。当外速度误差较大时，需要运用卡尔曼滤波技术将从艇的惯导系统切换到无阻尼状态。通过与水平阻尼网络进行对比设计了阻尼比可调的方位阻尼网络。其优点是网络的传递函数只和阻尼比有关，设计方法更有规律可循，避免了传统试凑法需要根据波特图进行设计的麻烦。 当从艇能从协同算法中同时获得位置和航向时可以采用两点校正法，如果只能获得位置信息则采用三点校正法，它们都能计算从艇上 MEMS陀螺三个轴上的漂移。根据Ψ角误差模型和Φ角误差模型对从艇惯导进行随机校正，它们能实时给出姿态误差角和陀螺漂移。 由于从艇航迹推算模型的非线性特征，可以采用不同的非线性滤波方法修正MEMS陀螺的误差。扩展卡尔曼滤波（EKF）算法简单，实时性好，在工程实际中得到了广泛应用，但雅克比矩阵的求解不可避免地带来一阶近似误差。相比而言，无迹滤波（UKF）和容积滤波（CKF）可以精确到非线性模型泰勒展开的三阶或更高阶项，所以无论估计精度还是速度都优于EKF。非可加性噪声的滤波更适用于航推方程的噪声特性。 协同算法能够在缺少航向信息的条件下估计从艇的位置，其位置信息可以作为观测量用于和惯导系统的组合导航中。由于需要推导其量测噪声方差阵，所以还要研究协同算法的误差传播特性。 |
| 作者： | 金辰 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 郝燕玲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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