重力輔助空間穩(wěn)定型慣導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)研究.pdf

1、以靜電陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)為代表的高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)已成為水下導(dǎo)航領(lǐng)域的核心技術(shù)，為了改善傳統(tǒng)水下導(dǎo)航技術(shù)相對(duì)落后的現(xiàn)狀，學(xué)者們都在積極摸索和探尋更加隱蔽的校正慣導(dǎo)系統(tǒng)的方法。公認(rèn)較為可行的方法是利用重力場(chǎng)等地球物理環(huán)境信息來(lái)輔助慣性導(dǎo)航，這種重力輔助導(dǎo)航系統(tǒng)可以克服原有慣導(dǎo)系統(tǒng)的不足之處，顯著提高水下載體的導(dǎo)航定位精度，從而為潛艇水下航行提供安全保障。
　　重力輔助慣性導(dǎo)航的主要思想是在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用重力敏感裝置連續(xù)測(cè)量載體所處

2、位置的地球重力場(chǎng)特性，利用這些特性修正慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差或限制誤差的增長(zhǎng)速度，從而達(dá)到延長(zhǎng)慣導(dǎo)系統(tǒng)的重調(diào)周期的目的。此外，利用艇上實(shí)測(cè)的重力數(shù)據(jù)與已有的海洋重力基準(zhǔn)圖比對(duì)，還可以進(jìn)行重力匹配導(dǎo)航。本文中所作的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下：
　　1、闡述了空間穩(wěn)定型慣導(dǎo)系統(tǒng)的基本原理，包括坐標(biāo)系定義及其轉(zhuǎn)換、地球擾動(dòng)重力場(chǎng)及慣導(dǎo)系統(tǒng)的力學(xué)編排。然后分析了重力輔助導(dǎo)航的基本原理，從重力補(bǔ)償和重力匹配方法兩個(gè)角度闡述重力輔助導(dǎo)航的技術(shù)內(nèi)涵，為后

3、續(xù)設(shè)計(jì)空間穩(wěn)定型慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償方法和重力匹配方法明確方向。
　　2、從空間穩(wěn)定型慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償角度分析，首先從理論上分析了重力擾動(dòng)矢量對(duì)各導(dǎo)航參數(shù)的影響，然后介紹了EGM2008重力場(chǎng)模型，重點(diǎn)分析了推估重力擾動(dòng)矢量的方法，并改進(jìn)空間穩(wěn)定型慣導(dǎo)系統(tǒng)的力學(xué)編排，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的重力補(bǔ)償，最后通過(guò)仿真分析了重力補(bǔ)償?shù)男Ч?br>　　3、本文將人工蜂群算法應(yīng)用到重力匹配導(dǎo)航方法中，隨著群智能算法的發(fā)展，人工蜂群算法等新興群

4、智能算法以其低復(fù)雜度和高精度等優(yōu)點(diǎn)有望取代傳統(tǒng)工程技術(shù)中的非智能算法。但是與其它群智能算法類似，標(biāo)準(zhǔn)人工蜂群算法本身的搜索機(jī)制中仍存在許多缺點(diǎn)，本文從自適應(yīng)調(diào)整搜索步長(zhǎng)范圍和轉(zhuǎn)移概率計(jì)算式這兩方面進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高其搜索性能。最后利用基本測(cè)試函數(shù)對(duì)比分析算法改進(jìn)后的效果。
　　4、在改進(jìn)人工蜂群算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合重力匹配的應(yīng)用背景，本文提出了多蜂群局部單點(diǎn)搜索機(jī)制，將蜂群按主蜂群和子蜂群的形式進(jìn)行重新分組，增加蜂群的多樣性，從而

5、拓寬匹配點(diǎn)的搜索范圍。
　　5、考慮到重力匹配導(dǎo)航的多值性，加上重力匹配導(dǎo)航中重力基準(zhǔn)圖誤差和重力敏感器的測(cè)量誤差，即便人工蜂群算法的搜索精度足夠高，匹配點(diǎn)也容易偏離真實(shí)位置。針對(duì)這一問(wèn)題，本文在此基礎(chǔ)上提出雙人工蜂群整體帶約束搜索，引入外部速度信息作為約束條件，對(duì)匹配點(diǎn)的搜索在空間距離上進(jìn)行約束限制。
　　6、為了使真實(shí)位置盡量滿足限制條件，距離和重力差的閾值設(shè)置不能太小。這樣，即使在外部約束的限制下，仍會(huì)出現(xiàn)匹配結(jié)果的多