【摘要】：極區(qū)的海洋資源對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全的重要性日益凸顯,對(duì)極區(qū)海洋資源的開(kāi)發(fā)與探測(cè)有著舉足輕重的地位。然而,極區(qū)的地磁力線收斂、磁場(chǎng)異常和多徑效應(yīng),導(dǎo)致無(wú)線電導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航等導(dǎo)航方式在極區(qū)環(huán)境下無(wú)法正常工作。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)由于具有高自主性和相對(duì)獨(dú)立的優(yōu)勢(shì),目前被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)軍民用大型船舶的極區(qū)導(dǎo)航。為了縮短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間和提高對(duì)準(zhǔn)精度,對(duì)于大型船舶的附屬航行器與工作船,其初始對(duì)準(zhǔn)一般不采用自主式對(duì)準(zhǔn)方法,而是采用傳遞對(duì)準(zhǔn)的方式實(shí)現(xiàn)其初始對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)前,對(duì)于極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)方法的研究剛開(kāi)始起步,仍存在許多問(wèn)題與技術(shù)難點(diǎn)。本文以大型船舶的附屬航行器和工作船為對(duì)象,對(duì)基于格網(wǎng)慣性導(dǎo)航機(jī)械編排的極區(qū)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)快速傳遞對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行研究,以期實(shí)現(xiàn)快速、精確的極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)。由于極區(qū)經(jīng)線急劇收斂,基于地理系指北方位機(jī)械編排的主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航方法和傳遞對(duì)準(zhǔn)方法,都會(huì)在極區(qū)會(huì)存在誤差增大和計(jì)算溢出的問(wèn)題,進(jìn)而導(dǎo)致傳遞對(duì)準(zhǔn)精度降低甚至出現(xiàn)發(fā)散的情況。格網(wǎng)系慣性導(dǎo)航方法可以避免極區(qū)經(jīng)線收斂帶來(lái)的問(wèn)題,因此其可以應(yīng)用于極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)。現(xiàn)有的格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法,由于其狀態(tài)量無(wú)法被直接觀測(cè),因此其可觀測(cè)性較低,導(dǎo)致該方法對(duì)機(jī)動(dòng)性要求較高,不適用于機(jī)動(dòng)性較低的大型船舶傳遞對(duì)準(zhǔn)。同時(shí),由于該方法增加了觀測(cè)矩陣的復(fù)雜性,且干擾誤差補(bǔ)償不明確,不利于實(shí)現(xiàn)精確、快速的極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn),因此需要對(duì)格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí),針對(duì)其干擾誤差補(bǔ)償不明確的問(wèn)題,對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的干擾誤差進(jìn)行分析,為格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法的改進(jìn)提供參考依據(jù)。針對(duì)現(xiàn)有格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法的問(wèn)題,基于“速度+姿態(tài)”快速傳遞對(duì)準(zhǔn)方程,選取主、子慣導(dǎo)之間完全可觀測(cè)的量測(cè)失準(zhǔn)角和速度誤差作為狀態(tài)量與觀測(cè)量,對(duì)格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)誤差方程進(jìn)行改進(jìn);同時(shí),針對(duì)靜態(tài)桿臂和撓曲變形模型補(bǔ)償方法存在的問(wèn)題,綜合考慮撓曲變形對(duì)桿臂效應(yīng)的影響,設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)桿臂補(bǔ)償法,并借助白噪聲補(bǔ)償原理,設(shè)計(jì)撓曲變形的噪聲補(bǔ)償法;建立格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)改進(jìn)濾波模型,并針對(duì)撓曲變形噪聲補(bǔ)償法會(huì)降低卡爾曼濾波估計(jì)效果的問(wèn)題,設(shè)計(jì)并改進(jìn)Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波來(lái)保障對(duì)準(zhǔn)性能;基于奇異值分解可觀測(cè)性分析法,對(duì)格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)改進(jìn)方法進(jìn)行可觀測(cè)性分析,并根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)可以提高對(duì)準(zhǔn)性能的運(yùn)動(dòng)方案。格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)改進(jìn)方法,能夠在極區(qū)環(huán)境下有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾誤差的補(bǔ)償和對(duì)失準(zhǔn)角的估計(jì),且其在勻加速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下具有更高的可觀測(cè)度和更好的對(duì)準(zhǔn)效果。在傳遞對(duì)準(zhǔn)實(shí)際應(yīng)用中,主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)之間的方位失準(zhǔn)角可能會(huì)很大。在大方位失準(zhǔn)角的情況下,基于小失準(zhǔn)角假設(shè)的格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)改進(jìn)方法,將會(huì)出現(xiàn)精度降低的問(wèn)題。針對(duì)大方位失準(zhǔn)角帶來(lái)的問(wèn)題,將系統(tǒng)考慮為非線性,在格網(wǎng)系非線性誤差方程的基礎(chǔ)上,對(duì)格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)非線性方法進(jìn)行全局可觀測(cè)性分析;基于動(dòng)態(tài)桿臂補(bǔ)償法與撓曲變形噪聲補(bǔ)償法,對(duì)格網(wǎng)系非線性誤差方程進(jìn)行完善,建立格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)非線性干擾誤差補(bǔ)償模型;針對(duì)撓曲變形噪聲補(bǔ)償法造成的過(guò)程噪聲強(qiáng)度過(guò)大,以及極區(qū)惡劣海洋環(huán)境下噪聲統(tǒng)計(jì)特性不確定的問(wèn)題,設(shè)計(jì)自適應(yīng)無(wú)跡卡爾曼濾波來(lái)對(duì)非線性模型進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)非線性方法,可以適用于大方位失準(zhǔn)角下的極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)應(yīng)用,且無(wú)論船舶處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都具有良好的對(duì)準(zhǔn)精度。極區(qū)的多徑效應(yīng)會(huì)使得衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度降低甚至發(fā)散,主慣導(dǎo)系統(tǒng)由于無(wú)法通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)校正或校正效果不好而出現(xiàn)誤差,進(jìn)而對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的精度產(chǎn)生不利的影響。為了在主慣導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)誤差的情況下保障傳遞對(duì)準(zhǔn)的精度,基于格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)非線性模型與自適應(yīng)無(wú)跡卡爾曼濾波,研究借助外部參考信息輔助的格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法。通過(guò)對(duì)多普勒計(jì)程儀和星敏感器工作原理的分析,分別建立其誤差模型;利用多普勒計(jì)程儀測(cè)量的速度與星敏感器測(cè)量的姿態(tài),構(gòu)建高精度的“速度+姿態(tài)”觀測(cè)量,建立聲學(xué)/天文輔助格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)非線性方法。基于聲學(xué)/天文導(dǎo)航輔助的格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)非線性方法,能夠在主慣導(dǎo)系統(tǒng)有誤差的情況下,充分保障極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)的性能。本文分別在小失準(zhǔn)角和大方位失準(zhǔn)角情況下對(duì)格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行改進(jìn)與完善,并針對(duì)極區(qū)多徑效應(yīng)導(dǎo)致主慣導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)誤差的問(wèn)題,研究聲學(xué)/天文導(dǎo)航輔助的格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法。仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)改進(jìn)方法,在小失準(zhǔn)角情況下能夠在15秒以內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度(三軸實(shí)際物理失準(zhǔn)角誤差在0.3角分以內(nèi))的對(duì)準(zhǔn)結(jié)果,在大方位失準(zhǔn)角情況下能夠在40秒以內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度(三軸實(shí)際物理失準(zhǔn)角誤差在3.3角分以內(nèi))的對(duì)準(zhǔn)結(jié)果;聲學(xué)/天文導(dǎo)航輔助格網(wǎng)系傳遞對(duì)準(zhǔn)方法,可以在主慣導(dǎo)系統(tǒng)有誤差的情況下,在40秒以內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度(三軸實(shí)際物理失準(zhǔn)角誤差在6角分以內(nèi))的對(duì)準(zhǔn)結(jié)果,有效地保障極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)的性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN967.1
【圖文】：

并可以有效地補(bǔ)償桿臂效應(yīng)與撓曲變驗(yàn)條件與結(jié)果低緯度區(qū)域，地理限制導(dǎo)致無(wú)法在極區(qū)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)物仿真的形式進(jìn)行。慣性測(cè)量器件的輸出可 b b bib ib ibb b b f f f 出的角速度， bf 為加速度計(jì)輸出的比力；bib 比力真值；bib 為陀螺儀誤差，b f 為加速度和載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被確定下來(lái)，慣性測(cè)量器件的極區(qū)還是非極區(qū)的bib 和bf 都可以通過(guò)仿真計(jì)計(jì)誤差b f 可以從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取出來(lái)。因此的輸出可以通過(guò)在非極區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和仿真獲的陀螺儀和加速度計(jì)所組成，如圖 3.11 所示。安裝在一個(gè)高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，如圖 3.12 所示

圖 3.12 高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)與捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)Fig.3.12 High-precision, three-axis turntable and SINS實(shí)驗(yàn)中的姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、主慣導(dǎo)慣性器件測(cè)量誤差和傳實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)參數(shù)一致。其他參數(shù)設(shè)置如下：慣性器件測(cè)量誤差的相關(guān)參數(shù)分別為：三軸陀螺常ad /s，94.0947 1 0 rad /s 和81.9605 1 0 rad /s ，三軸6 rad /s ，63.264 10 rad /s 和61.534 10 rad /s ；三軸加6 2 1 0 m /s 、6 22.7952 1 0 m /s 和6 27.2110 10 m /s ，三20161 m /s 、20.001698 m /s 和20.0003723 m /s 。間為 25s ，步長(zhǎng)為 0.1s 。初始狀態(tài)估計(jì)協(xié)方差陣0P 、系統(tǒng)噪聲協(xié)方差陣 R 分別被設(shè)定為) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 2 2 2 292 2 9 8 622 2 2 222 6 / , 0.1 / , 0.1 , 0.1 , 0.5 , 6.3895 10 947 10 , 1.9605 10 , 5.0024 10 952 10 , 0.1 , 0.1 , 0.5 , 10 , 2/ / // ,5radradm s m sm ms rad s m sm s

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張北辰;李航;;極區(qū)高層大氣 地球聯(lián)系外太空的窗口[J];人與生物圈;2017年Z1期

2 ;極區(qū)典型環(huán)形坑[J];航天器工程;2010年06期

3 張寶昆;;“國(guó)際太陽(yáng)極區(qū)飛行”軌道示意圖[J];國(guó)外空間動(dòng)態(tài);1980年02期

4 鄂棟臣;張辛;;MODIS極區(qū)遙感應(yīng)用研究進(jìn)展[J];極地研究;2010年01期

5 王立;安美文;李曉娜;;抑制胞質(zhì)分裂早期NRK細(xì)胞極區(qū)肌動(dòng)蛋白聚合的研究[J];醫(yī)用生物力學(xué);2009年S1期

6 白春江;李穎;趙健;王慶武;劉丙新;陳澎;;“極地規(guī)則”強(qiáng)制實(shí)施下的極區(qū)船舶操作人員配備及培訓(xùn)[J];航海技術(shù);2015年05期

7 蔣林;石雁祥;;基于塵埃等離子體理論的極區(qū)中層分層結(jié)構(gòu)研究[J];核聚變與等離子體物理;2016年04期

8 張北辰;中國(guó)極地研究中心極區(qū)高空大氣物理研究[J];海洋開(kāi)發(fā)與管理;2004年05期

9 劉素珍;李德彪;;基于平面導(dǎo)航系的極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)算法研究[J];光學(xué)與光電技術(shù);2014年05期

10 淞園;;第三屆國(guó)際離岸力學(xué)與極區(qū)工程學(xué)術(shù)討論會(huì)[J];振動(dòng)與沖擊;1984年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉瑞源;楊惠根;胡紅橋;;我國(guó)極區(qū)日地物理觀測(cè)研究進(jìn)展[A];第十屆全國(guó)日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2003年

2 萬(wàn)衛(wèi)星;袁洪;寧百齊;丁鋒;湯秋林;;中國(guó)中部地區(qū)觀測(cè)到的與極區(qū)相關(guān)的電離層行擾[A];2000年中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)年刊——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第十六屆年會(huì)論文集[C];2000年

3 李琳;張海峰;;虛擬極區(qū)技術(shù)在慣性系統(tǒng)極區(qū)導(dǎo)航中的應(yīng)用研究[A];2016年光學(xué)陀螺及系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2016年

4 張子迎;史建魁;;磁暴期間極區(qū)電子上行事件的研究[A];中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十七屆年會(huì)論文集[C];2011年

5 郭兼善;尚社平;張滿蓮;羅熙貴;史建魁;張清毅;;極區(qū)擾動(dòng)赤道向輸運(yùn)研究(Ⅰ)—數(shù)據(jù)同化法[A];第九屆全國(guó)日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2000年

6 李海龍;吳健;黃際英;;對(duì)極區(qū)中層夏季回波散射截面的分析[A];第十一屆全國(guó)日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2005年

7 蔡紅濤;馬淑英;濮祖蔭;;極光沉降粒子在極區(qū)大氣中傳輸?shù)臄?shù)值研究[A];第十二屆全國(guó)日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2007年

8 陳相材;;極區(qū)空間天氣業(yè)務(wù)化進(jìn)展[A];第34屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì) S17 空間天氣業(yè)務(wù)觀測(cè)、預(yù)報(bào)和服務(wù)保障論文集[C];2017年

9 趙璐璐;鄭昊;焦維新;;極區(qū)航行的空間天氣研究[A];中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十四屆年會(huì)論文集[C];2008年

10 李丙瑞;劉順林;郭井學(xué);席穎;;極區(qū)遙感現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證系統(tǒng)與綜合試驗(yàn)[A];中國(guó)地球物理2010——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十六屆年會(huì)、中國(guó)地震學(xué)會(huì)第十三次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 朱_g;智取極區(qū)水下監(jiān)測(cè)“持久戰(zhàn)”[N];中國(guó)海洋報(bào);2017年

2 主持人 本報(bào)特派記者 王自X;“超級(jí)激光筆”探測(cè)極區(qū)大氣空白區(qū)[N];中國(guó)海洋報(bào);2018年

3 記者 丁全利;我國(guó)將大幅提升極區(qū)海洋科考能力[N];中國(guó)國(guó)土資源報(bào);2011年

4 本報(bào)記者 呂寧;與張清和一起走進(jìn)極區(qū)等離子體云塊[N];中國(guó)海洋報(bào);2013年

5 記者 呂寧;]美國(guó)《科學(xué)》雜志盛贊我國(guó)極區(qū)研究成果[N];中國(guó)海洋報(bào);2013年

6 記者 林岳夫;中美極區(qū)碳循環(huán)合作成績(jī)卓越[N];中國(guó)海洋報(bào);2008年

7 崔靜;我國(guó)將在中山站建設(shè)極區(qū)地球空間環(huán)境實(shí)驗(yàn)室[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2009年

8 記者 方正飛;重點(diǎn)發(fā)展海洋極地等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)[N];中國(guó)海洋報(bào);2016年

9 記者 張弘_";強(qiáng)化創(chuàng)新驅(qū)動(dòng) 引領(lǐng)跨越發(fā)展[N];中國(guó)船舶報(bào);2016年

10 本報(bào)記者 王菡娟;藍(lán)天 碧水 厚土 綠能 新城[N];人民政協(xié)報(bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 王通達(dá);極區(qū)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)快速傳遞對(duì)準(zhǔn)方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

2 李靜;中層大氣不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)及極區(qū)大氣異常變化的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

3 韓微;極區(qū)春夏季降水形態(tài)變化特征、成因及影響研究[D];中國(guó)氣象科學(xué)研究院;2018年

4 范軍勇;技術(shù)極區(qū)理論與中國(guó)的實(shí)踐[D];同濟(jì)大學(xué);2006年

5 李海龍;極區(qū)中層夏季回波特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

6 徐盛;極區(qū)電離層F2層峰值電子密度特性共軛研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

7 焦芳冉;極區(qū)日冕中準(zhǔn)周期性擾動(dòng)激發(fā)與傳播的觀測(cè)研究[D];山東大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 熊環(huán)宇;海量極區(qū)空間物理數(shù)據(jù)組織與服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)[D];華東師范大學(xué);2017年

2 楊祥龍;船用慣導(dǎo)極區(qū)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)[D];哈爾濱工程大學(xué);2015年

3 彭文生;旋轉(zhuǎn)式激光慣導(dǎo)極區(qū)導(dǎo)航算法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2017年

4 趙成龍;基于格網(wǎng)坐標(biāo)系的極區(qū)慣性導(dǎo)航與組合導(dǎo)航算法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

5 符路遙;極區(qū)中層異常雷達(dá)回波加熱模型的研究[D];電子科技大學(xué);2016年

6 張永;極區(qū)夏季中層對(duì)雷達(dá)波的反射特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

7 陳玉梅;極區(qū)中層冬季回波統(tǒng)計(jì)分析研究[D];電子科技大學(xué);2017年

8 徐棟;冰載荷作用下極區(qū)船舶強(qiáng)度校核研究[D];上海交通大學(xué);2014年

9 彭建東;極區(qū)上行離子對(duì)地磁活動(dòng)和季節(jié)變化響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析[D];南京信息工程大學(xué);2013年

10 李海龍;極區(qū)中層夏季回波頻率特性和南極中山站夏季Es研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2793679