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，水下導(dǎo)航信息源少、環(huán)境復(fù)雜，如何實現(xiàn)誤差參數(shù)精確標(biāo)定、快速對準(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)航初始對準(zhǔn)精度影響多普勒測速誤差標(biāo)定精度，而反過來多普勒測速誤差也會帶來慣性/多普勒組合導(dǎo)航初始對準(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時，受方位可觀測度弱的影響，動基座對準(zhǔn)快速性

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

3、新點如下：
　　1.對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)回溯的多普勒測速誤差標(biāo)定模型和算法，顯著減小了由初始對準(zhǔn)帶來的姿態(tài)誤差對標(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。論文提出的兩點在線標(biāo)校算法，起始點已知條件下，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基座快速優(yōu)化對準(zhǔn)模型和算法。對于僅有多普勒輔助、無位置觀測量的情況，論文通過回溯算法，解決了對準(zhǔn)過程中的導(dǎo)航定位問題

4、。同時，通過比較研究，采用交叉取點的方式提高了優(yōu)化對準(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基座快速對準(zhǔn)模型和算法。分析了慣性/多普勒組合導(dǎo)航卡爾曼濾波對準(zhǔn)過程中，航向誤差可觀測度弱、收斂緩慢的問題。為解決粗對準(zhǔn)時間與精對準(zhǔn)時間的矛盾并提高對準(zhǔn)精度，論文提出了新的回溯對準(zhǔn)方法。在粗對準(zhǔn)的過程中存儲一定的數(shù)據(jù)用于之后的回溯精對準(zhǔn)，相當(dāng)于延長了粗對準(zhǔn)和精對準(zhǔn)的時間，改善了動基座對準(zhǔn)精度，提高了對準(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大量的數(shù)據(jù)。針對該問題，論文提出了一個新的慣性系下的卡爾曼濾波精對準(zhǔn)模型。粗對準(zhǔn)過程中僅需要存儲少量的數(shù)據(jù)即可完成之后的回溯精對準(zhǔn)，解決了回溯對準(zhǔn)算法的實時應(yīng)用問題。
　　4.提出了多普勒輔助下的大失準(zhǔn)角對準(zhǔn)模型和UKF濾波算法。論文從對準(zhǔn)的快速性、精度、及對準(zhǔn)的魯棒性上對大失準(zhǔn)角UKF濾波對準(zhǔn)和以上兩種基于回溯的對準(zhǔn)方法進(jìn)行了實驗驗證比較。
　　5.提出了慣性系回溯組合導(dǎo)航及參數(shù)估計模型和算法