水下航行器极区内对准以及格网导航技术

为克服水下航行器在极区航行时地理经线收敛导致的航向角定义失效、定位计算失效等问题,设计了格网惯性导航算法编排方案,以直接获得格网航向,并采用ECEF位置坐标代替传统经纬度进行水下航行器定位。对格网惯性导航的误差进行建模,并据此设计了格网惯导系统的"速度匹配"传递对准算法,以满足水下航行器在极区的对准需求。仿真结果表明,在格网惯性导航下,采用高精度惯性器件,15 min内水平姿态角误差小于0.5′,方位姿态角误差小于0.2′,水平速度误差小于0.5 m/s,ECEF坐标系下的位置误差全程小于200 m;应用"速度匹配"传递对准算法,水平失准角在10 s内即可收敛到1.5′以内,同时,加速对方位失准角有激励作用,30 s内方位对准精度在4′以内。     

基于惯性导航/地磁的水下潜器组合导航定位方法

针对水下潜器长时间水下航行的隐蔽性且定位精度不高的问题,提出了一种基于惯性导航/地磁的组合导航系统。建立了惯性导航/地磁组合导航系统模型,并且利用卡尔曼滤波算法对系统进行滤波。最后通过仿真实验表明,该组合导航系统能够有效弥补单惯性导航系统精度发散的不足,提高了导航精度,实现了水下潜器的精确导航。     

一种冗余惯性导航系统的非线性初始对准模型

通过合理的冗余配置惯性导航系统中惯性传感器,充分利用冗余惯性传感器的重复量测值,提出了一种非线性初始对准模型。该模型直接利用惯性传感器的量测输出作为观测值,3个姿态角作为状态变量,有效的降低了模型的维数和提高了模型的可观测度,从而保证了初始对准的精度和速度。通过分析表明,初始对准的稳态精度取决于惯性传感器的常值误差。仿真结果表明,非线性初始对准模型对准过程中的稳态精度与传统的初始对准模型的稳态精度相当,但是在实时性方面,它能够在5s内使3个失准角同时收敛。     

扩张状态观测器在惯导系统初始对准中的应用研究

根据平台式惯导系统初始对准的误差模型,首先介绍了初始对准的卡尔曼滤波方法,而后研究了把扩张状态观测器与卡尔曼滤波器相结合用于惯导系统的初始对准方法,最后对系统在受干扰和未受干扰2种情况下,分别进行了仿真研究.仿真结果表明,该方法与卡尔曼滤波方法相比,在保证对准精度的条件下,系统姿态角对准时间大大缩短;在系统受到干扰时,该方法仍具有很强的适应性和稳定性.     

卡尔曼滤波在水下惯性导航系统中的研究及实现

首先建立惯性导航系统中的速度误差、位置误差、陀螺仪误差模型,然后与现实相联系研究带偏移量的卡尔曼滤波,同时对偏移量进行估计,最后通过实验验证卡尔曼滤波对航向、陀螺仪误差等的修正,极大地提高了水下惯性导航系统的结算能力和准确性。     

光纤陀螺零漂建模及在惯性导航误差方程中的应用

陀螺漂移误差是影响惯性导航系统误差的主要因素,经典的卡尔曼滤波理论应用于惯性导航系统初始对准,可以大大提高其对准精度.但陀螺漂移是无规律的有色噪声序列,需要建立漂移的数学模型将有色噪声序列转换成白噪声序列.介绍了光纤陀螺零漂数据的ARMA建模,并将其转化成状态空间模型应用于惯性导航系统的误差方程.     

一种改进的基于GPS某型舰船姿态解算算法

载波相位GPS测姿实施中,其姿态解算是核心技术之一,目前有多种姿态解算算法,其中对于单基线姿态测量,直接算法因具有原理简单、计算速度快、实时性好等特点被广泛应用。但在舰船测姿实施中,对姿态角的测量会产生一定的误差。采用直接算法在解算中没有对粗大误差和GPS信号缺失进行处理,使得解算结果误差较大。因此提出一种改进的舰船姿态解算算法即基于自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法。建立航向角和纵摇角的解算模型,从理论上推导了基线越长,航向角测量精度越高;航向角的解算精度比纵摇角的解算精度高;基于自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法的解算精度比直接法的解算精度高。通过仿真实验,对上述推理进行验证,航向角的解算精度比纵摇角的结算精度高出一个数量级;改进算法的解算精度比直接算法的解算精度高出一个数量级。     

捷联航姿系统航行状态下的组合对准算法研究

由于捷联航姿设备无纬度解算值,导致跨纬度航行时航向误差过大,引入计程仪速度与航姿设备输出姿态、航向一起对纬度值进行计算,航行状态引入计程仪信息后建立数学模型进行初始对准,经航行实验验证,72小时内航向角误差得到了极大的缩小,验证了该数学模型的可行性,可提高设备的精度,具有实际使用意义。     

船载炮的射击误差分析及消除方法

基于船舶在海浪中运动模型，结合炮兵射击学原理，研究了船舶摇摆导致火炮基座运动以及杆臂效应导致子惯导初始对准误差等因素对火炮射击的影响，分析了传递对准消除对准误差角的效果。仿真表明，低射界射击情况下，纵摇和横摇对射击距离的影响随射程增大而减小；对射击方向而言，纵摇的影响随射程增大而减小，而横摇的影响则随射程增大而增大；由安装偏差所造成的杆臂效应产生的误差角对射击的影响也很明显，其影响随船舶振荡运动的幅度的增加而增大；采用基于卡尔曼滤波的传递对准能快速消除船载炮初始对准角误差，从而提高火炮初始装定射角的准确性。     

基于UKF的大失准角条件下单轴旋转SINS初始对准方法

论文阐述了单轴旋转调制技术对捷联惯导系统误差抑制的原理,针对单轴旋转捷联惯导系统的初始对准,推导了大失准角误差条件下非线性初始对准误差模型,同时为充分利用惯导系统输出信息,提出了一种“加速度+速度”的非线性观测模型;根据系统误差方程和观测方程同时非线性,设计了一种Unscented卡尔曼滤波算法,并对静基座单轴旋转SINS初始对准进行了仿真试验.结果表明,采用该算法水平和方位对准在较短时间内都能达到较高精度,同时对加速度计零偏和三个陀螺漂移实现有效标定.     

水下潜器姿态角的分数阶 PID 控制研究

针对水下潜器纵向姿态角控制的稳定性问题,对水下潜器的姿态角控制系统设计一种分数阶 PID 控制器。在控制器设计过程中,引入时间误差绝对值（ITAE）准则,ITAE 准则的引入可快速获得分数阶 PID 的优化参数,设计优化分数阶 PID 控制器。最后,以水下潜器的传递函数为仿真对象,分别采用分数阶 PID 控制器和常规PID 控制器进行仿真研究。通过控制性能比较发现,本文所提出的分数阶 PID 控制器的控制效果明显优于常规 PID控制器,且分数阶 PID 控制器具有更强的鲁棒性。     

水下潜器姿态角的分数阶PID控制研究

针对水下潜器纵向姿态角控制的稳定性问题,对水下潜器的姿态角控制系统设计一种分数阶PID控制器。在控制器设计过程中,引入时间误差绝对值(ITAE)准则,ITAE准则的引入可快速获得分数阶PID的优化参数,设计优化分数阶PID控制器。最后,以水下潜器的传递函数为仿真对象,分别采用分数阶PID控制器和常规PID控制器进行仿真研究。通过控制性能比较发现,本文所提出的分数阶PID控制器的控制效果明显优于常规PID控制器,且分数阶PID控制器具有更强的鲁棒性。     

基于反步控制和神经动力学模型的带缆水下潜器航迹跟踪

为实现带缆水下潜器的航迹跟踪控制,对带缆水下潜器设计了运动学反步控制器和动力学滑模控制器,并引入生物启发神经动力学模型来平滑反步控制器中因跟踪误差较大,引起的输出速度跳变。对水下潜器折线路径跟踪进行仿真,并分析脐带缆对跟踪效果的影响。结果显示,所设计控制器的路径跟踪误差小,跟踪速度在初始阶段以及折线路径拐点处过渡平滑;脐带缆使跟踪效果变差。对带缆潜器这一刚性和柔性部件相互连接的水下运载设备而言,神经动力学反步滑模控制器能够较好地实现航迹跟踪,并有效克服传统反步控制器速度跳变的问题。     

GPS航姿测定方案及误差分析

该文提出了用两台ＧＰＳ接收机测量同一颗卫星所得的伪距差求算舰船的航向角和姿态角的方法，推证了航向角和姿态角的计算公式。通过误差分析，讨论了影响ＧＰＳ航姿测定的各项误差，提出了ＧＰＳ航姿测量方案。     

自主式水下潜器方位对准方法研究

针对自主式水下潜器传递对准技术进行研究,根据以往的匹配方法中通常水平失准角估计精度高、对准时间快而方位失准角估计总不理想的情况,提出了一种基于惯性测量器件测量求解方位失准角的匹配方法.针对这种匹配方法,将水平失准角信息当作已知量进行计算,进行了理论推导和MATLAB仿真,并且对仿真结果进行分析,结果表明,利用这种方位对准方法估计方位失准角精度高、时间短,有很好的实用性.     

INS/GPS组合导航系统动基座初始对准研究

针对位置/速度模式的INS/GPS组合导航系统,确定其动基座下初始对准卡尔曼滤波方案,并进行计算机仿真。结果表明,卡尔曼滤波算法在动基座下INS/GPS组合导航系统初始对准中速度快、精度较高、对水平失调角有较好的估计效果,满足初始对准的基本要求。     

舰用激光陀螺双轴旋转惯导系统闭环对准方法

旋转调制惯导系统初始姿态误差由于其不可被调制,从而影响系统长航时的精度。本文针对激光陀螺双轴旋转惯导系统,以提高系统初始对准精度为目的,将系统初始对准过程作为随机控制系统处理。结合双轴旋转带来的优势,应用随机闭环控制理论,提出双轴旋转惯导闭环对准方案,并设计滤波器和闭环反馈控制律。利用实验室双轴转台和激光陀螺IMU,构建双轴旋转惯导半实物演示系统,验证闭环对准作为双轴旋转惯导系统精对准方法的可行性。试验结果表明,闭环对准方法与双轴旋转相结合,能够有效估计IMU误差并补偿,比传统的开环卡尔曼滤波对准精度高。     

比例导引下的机动目标跟踪算法仿真研究

针对比例导引目标的跟踪问题,将比例导引规律引入状态方程,建立线性时变系统模型,利用含有参数的标准卡尔曼滤波方法给出了目标的状态估计。运用语言进行仿真计算,分析并得到了在不同的初始航向角、比例导引系数、导弹的初始位置和速度下的导引弹道滤波曲线和弹目相遇时间。仿真结果表明,此方法正确可行。     

基于双轴转台的捷联惯导系统姿态精度评定算法

系统姿态精度是惯导系统的重要指标之一.针对系统的姿态精度,尤其是动态姿态精度因缺乏姿态基准而难以评定的问题,提出一种基于双轴转台的惯导系统姿态精度评定算法.首先对姿态误差角建模,利用惯导组件不同航向角所确定的旋转矩阵第三行三列的元素不含有航向角信息的特点,在无北向基准的情况下,求解出惯导和转台的安装误差角,进而得到惯导姿态误差,此姿态误差即可反映系统姿态精度,最后,进行了光纤惯导系统的精度评定试验.结果表明,算法在转台无需北向基准条件下可有效标定出惯导系统姿态误差和安装误差,其流程简单、适应性好,可为系统精度评定提供参考.     

一种基于实时预测算法的船舶姿态控制器设计

在船舶研发和改进过程中,研究减摇设备是重要课题之一。传统减摇设备的滞后性导致其不能有效避免波浪引起的船舶侧翻等灾害,故本文设计一种基于实时预测算法的船舶姿态控制器。将不规则波分解为大量规则波叠加建立波面模型,分析波倾角并建立船舶的传递模型。基于卡尔曼滤波算法设计船舶的横摇预测系统,再以减摇鳍为核心设计姿态控制器,最后进行模拟仿真。结果表明,预测系统预测结果准确,预测值误差较小,姿态控制器减摇效果良好,浪向角120°下横摇角被控制在5°以内。