水下潜器初始姿态的建模仿真与计算

惯性导航是水下潜器主要的导航方式,初始对准对惯性导航的精度至关重要。针对水下潜器的自对准,建立了捷联惯导初始对准的误差模型和卡尔曼滤波模型。使用速度误差作为观测量,进行了卡尔曼滤波仿真。结果表明,建立的误差模型和方法在对准时间内,姿态角误差稳定在10″,航向角误差稳定在1′~2′,准确地计算出了水下潜器的初始姿态航向角。     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

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。     

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。     

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.     

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。     

水下航行器水下障碍规避性能分析与仿真

水下航行器的障碍躲避是提高水下航行器生存能力的关键技术,针对信息融合跟踪算法避障容易误差偏差和局部收敛的问题,提出一种基于Kalman滤波量化融合规避的水下航行器水下避障算法。构建水下航行器的运动系统方程,采用方位信息的量化融合方法进行自适应路径规划,结合Kalman滤波进行障碍信息的干扰抑制,采用强跟踪滤波实现障碍参量信息量化融合规避,实现水下航行器水下障碍躲避。仿真结果表明,采用该方法进行水下航行器避障,能有效规避障碍目标,提高对障碍物的方位估计精度,有效规避的准确概率达到最优。     

捷联罗经方位大失准角下的快速对准方法

为解决大失准角情况下采用传统罗经对准方法存在的收敛时间长这一问题,提出一种基于重力视运动解析对准与罗经法线性对准模型相结合的捷联罗经快速对准方法。该方法首先利用重力矢量视运动规律进行解析对准迅速实现大失准角估计,然后在小失准角情况下利用罗经法完成精确对准。仿真试验结果表明:提出的方法在小失准角下与传统罗经法具有等效性,而在大失准角时具有更快的对准速度,在系泊晃动情况下也可快速对准。     

潜航器轨迹跟踪与航向预测算法

海况条件较差时,基于水下单点GPS定位系统的潜航器实时定位有较大测量误差,不利于潜航器的轨迹跟踪与航向预测。针对误差服从高斯分布的水下单点GPS定位系统,提出基于改进型扩展卡尔曼滤波算法的GPS跟踪方法和基于回归分析算法的航向预测方法。通过测试与仿真,对定位设备采集到的数据进行对比分析,试验结果表明,上述算法显著提高了轨迹测量精度与航向跟踪能力,准确绘制出了潜航器的实时航行轨迹与航向预测线,可应用于潜航器的轨迹跟踪项目中。     

潜航器轨迹跟踪与航向预测算法

海况条件较差时,基于水下单点GPS定位系统的潜航器实时定位有较大测量误差,不利于潜航器的轨迹跟踪与航向预测。针对误差服从高斯分布的水下单点GPS定位系统,提出基于改进型扩展卡尔曼滤波算法的GPS跟踪方法和基于回归分析算法的航向预测方法。通过测试与仿真,对定位设备采集到的数据进行对比分析,试验结果表明,上述算法显著提高了轨迹测量精度与航向跟踪能力,准确绘制出了潜航器的实时航行轨迹与航向预测线,可应用于潜航器的轨迹跟踪项目中。     

一种基于INS/GPS/CNS的联邦滤波算法

为解决传统INS/GPS两组合算法输出姿态精度低、长时间精度发散的问题,本文采用INS/GPS/CNS三组合的方式,结合联邦滤波器设计思路,提出一种基于INS/GPS/CNS的联邦滤波算法,以位置误差、速度误差和平台失准角作为观测量,通过设计INS/GPS/CNS三组合系统,对算法有效性进行试验验证。静态试验结果表明:本文所提算法相较于传统INS/GPS两组合算法,平台失准角精度可以提高一个数量级,且算法收敛、稳定、容错性强,工程应用意义重大。     

航行器水中运动数学模型及数值仿真

根据水下垂直发射航行器水中运动的特点,利用质心运动定理和绕质心的动量矩定理,推导建立航行器水中运动的运动学模型和动力学模型。采用Matlab软件中的ODE解算器,对建立的数学模型进行数值仿真,得到航行器水中运动的速度和姿态角。     

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.     

一种AUV捷联惯导系统动基座快速初始对准方法

针对AUV的特点,介绍一种采用捷联惯导系统进行导航的AUV动基座快速对准方法.通过模型建立与公式推导提出用两个水平失准角的稳态值估计方位失准角稳态值的方法,仿真结果证明,在保证一定精度的前提下,可大大加快初始对准的速度.     

自主式无人水下航行器航向自适应滑模控制

无人水下航行器是未来水下战场的重要武器装备,对其运动控制的研究得到广泛关注,其中航向控制的实现是研究的热点问题。对无人水下航行器六自由度动力学方程进行简化,得到横向运动动力学方程,并将偏航角作为控制对象,采用滑模控制的方法实现对航向角的跟踪控制,并引入自适应机制在线估计未知参数,减小参数不确定性对稳定性的影响。通过对控制算法的仿真,结果表明了控制器设计的正确性。     

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。     

基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制研究

提出了一种基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制器参数优化设计方法。针对水下航行器运动参数变化的特性,采用粒子群优化算法收敛速度快、寻优特性好等特点,将其应用到控制器参数的优化设计中。仿真结果表明,利用粒子群优化算法进行优化设计的水下航行器深度控制器具有良好的控制性能。     

一种适用于ATT武器系统的目标跟踪算法

提出一种基于单站纯方位的水下高速目标跟踪算法。该算法在快速估计出目标航向的基础上,利用目标先验速度信息解算出其他目标运动要素。该算法收敛速度快,对观测平台机动要求低且具有一定精度,能满足反鱼雷鱼雷武器系统的要求。     

基于速度选择切换型视线法的无人帆船循迹航行

[目的]风帆的力矩以及海浪作用会造成帆船相比其他形式的动力船舶更容易偏离期望轨迹,这便要求无人帆船的循迹航行算法具有较强的抗干扰能力。[方法]对实船进行等比例建模并通过VPP速度预测程序获得帆船在不同航向下的较大速度,提出一种无人帆船速度选择切换型视线法,在保证无人帆船依靠风力获取速度的同时,再利用切换型视线法使无人帆船的航向角收敛于期望航向角,从而使无人帆船可以快速不断地驶向期望航向点。[结果]Matlab对比仿真研究表明,速度选择型视线法具有偏航误差小、抗干扰能力强且收敛速度较快的优点。[结论]无人帆船在不同风向下的湖上试验验证了速度选择型视线法的可行性,结果具有一定的工程应用价值。