艦用捷聯(lián)慣導-天文-計程儀組合導航關鍵技術研究.pdf

1、對于水面艦艇，如何在不依賴衛(wèi)星導航的條件下，全自主的獲取高精度導航信息一直是近年來的研究難點與熱點。為了解決這一問題，可采用基于捷聯(lián)慣導/天文/計程儀的組合導航方法，即利用計程儀和天文導航輸出作為基準對捷聯(lián)慣導的發(fā)散式導航誤差進行周期性重校，獲取高精度導航信息，達到組合導航的目的。然而，由于計程儀測速存在時變量測噪聲誤差、艦用天文導航系統(tǒng)受制于天氣等因素影響基準信息的實時可用性，降低組合導航精度。針對這一問題，對復雜環(huán)境下的基于捷聯(lián)慣導

2、/天文/計程儀組合模式下的組合導航方法展開深入研究，旨在探討如何在艦用應用背景條件下，提高外測基準信息精度，進而完善該組合導航方案。
　　本研究分別推導了系統(tǒng)可觀測性矩陣及基于線性非奇異變換的能觀測性分解矩陣，進而得到各狀態(tài)量完全可觀測的載體運動路徑設計原則，達到最大限度的估算導航誤差、提高導航精度的目的；對于計程儀存在未知量測噪聲導致系統(tǒng)導航精度下降的問題，通過對計程儀量測噪聲模型的建立以及噪聲參數(shù)估算過程的推導，提出了基于自適

3、應兩階卡爾曼濾波的組合導航方法，達到抑制計程儀量測噪聲、提高觀測量精度的目的。對于星敏感器（天文導航傳感器）輔助條件下的組合導航技術，充分利用星敏感器測量高精度慣性系姿態(tài)這一特點，從慣性器件誤差在線標校、慣導導航誤差校正兩方面展開研究：首先推導了基于誤差四元數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)方程與量測方程，通過可觀測性及可觀測度分析得到了陀螺儀各誤差項完全可觀測的在線標定路徑設計原則，進而達到星敏感器輔助陀螺儀在線標定的目的；針對星敏感器解算相對地理系導航信

4、息需要引入外測水平姿態(tài)和位置的特性，推導了星敏感器導航誤差方程，根據(jù)該誤差傳播特性提出了基于姿態(tài)耦合和最優(yōu)估計的捷聯(lián)慣性/星敏感器組合導航方案，并根據(jù)兩種組合方案的特性分析了各方案的適用性。為解決應用載體變化和觀星高度變化導致艦用星敏感器測量精度下降這一問題，在捷聯(lián)慣導/星敏感器的組合導航模式下，將改進優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡引入到組合導航方案中：針對該應用環(huán)境下，在重新設計與改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡初始權值與閾值設定方法的基礎上，利用捷聯(lián)慣性、星敏感器兩

5、類傳感器的導航信息，以前期組合導航的導航信息作為“歷史數(shù)據(jù)”，對當前時刻外界環(huán)境因素影響下的星敏感器測量誤差進行預測與修正，抑制艦用星敏感器測量誤差。提出了基于加速度計/星敏感器/計程儀的載體行進間粗對準技術，在分析了加速度計測量信息慣性系投影具有重力加速度為常值特性的基礎上，利用星敏感器測量轉換矩陣及計程儀測速，將加速度計測量結果進行信息優(yōu)化及投影轉換，進而獲取載體姿態(tài)，達到粗對準目的；為了避免單一傳感器導航誤差過大或導航失效等問題對