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《哈尔滨工程大学》 2010年
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惯性导航系统传递对准技术关键问题研究

丁国强  
【摘要】: 本文从研究舰船舰载机惯性导航系统初始对准技术实际要求出发,针对舰载机惯性导航系统海上对准问题建立可适用于大失准角情形的速度姿态匹配传递对准非线性误差模型进行惯性导航系统快速传递对准技术研究;基于Bayesian最优估计理论和Sigma-Points确定性采样数值逼近方法研究新型非线性Sigma-Points滤波算法替代传统的卡尔曼滤波算法来建立舰船舰载机快速传递对准非线性误差模型滤波算法,并对快速传递对准模型及其算法实现中的几个关键问题进行深入研究。 在详细分析Baysian最优估计理论的Gauss-Hermite数值积分逼近原理及其积分逼近滤波算法基础上,研究Sigma-Points非线性滤波理论中的Unscented Transformation滤波算法、中心差分滤波算法与Gauss-Hermite数值积分逼近滤波算法间的结构关系。基于二阶Stirling多项式插值逼近理论的插值滤波(CDDF2)算法结构分析以及与UKF算法对比研究,建立适当选取Sigma-Points点集的中心差分滤波(CDKF)算法。并且进一步讨论了UKF和CDKF算法的加性噪声形式(ACDKF)和平方根形式(SRCDKF)的扩展算法。通过对Sigma-Points滤波算法结构分析,揭示了Sigma-Points滤波算法隐含的统计线性化的加权统计线性递归思想;进而对Sigma-Points滤波算法的后验均值和后验估计方差的估计精度进行了理论研究分析。 阐述惯性导航系统原理及其输出信息解算方法,推导了平台式惯性导航系统与捷联式惯性导航系统输出信息的转化关系式。基于传统的PWCS可观测分析理论和方法研究,依据矩阵谱条件数和扰动理论进行了传统快速传递对准线性误差模型的谱条件数可观测性和可观测度分析,并且针对传统快速传递对准线性误差模型算法进行了不同机动条件下的仿真研究,为新型快速传递对准误差模型及其机动方案选择提供理论依据。 基于高阶Cayley变换原理详细研究分析四元数、Rodrigues参数和修正Rodrigues参数等载体姿态描述方法以及它们之间的统一性关系,为建立四元数加权均值计算和修正Rodrigues参数加权均值间接计算方法提供理论依据,也为姿态描述方法研究开辟新的途径。基于乘性四元数提出了惯性导航系统传递对准乘性四元数误差模型改进算法;基于四元数误差量与乘性四元数的关系提出了惯性导航系统传递对准加性四元数误差模型改进算法;基于舰船运动中舰载机姿态运动特点和修正Rodrigues参数姿态描述方法提出了惯性导航系统传递对准修正Rodrigues参数误差模型。这三种传递对准速度姿态匹配算法为快速传递对准技术开辟了新的研究方向。 基于舰载机海上对准实际特点详细分析了舰船主惯性导航系统可能存在的姿态误差及其对舰载机惯性导航系统传递对准的影响及其相应的处理方法;分析了杆臂效应误差对主、子惯性导航系统速度误差的影响,并利用杆臂效应误差计算补偿法对传递对准系统速度误差进行补偿研究。利用ACDKF算法以及SRCDKF算法对三种快速传递对准非线性误差模型进行舰载机惯性导航系统海上对准仿真研究。仿真分析了杆臂效应误差、主惯性导航系统初始姿态误差和速度误差以及舰船摇摆幅度等因素对三种快速传递对准非线性误差模型姿态失准角估计结果的影响,从而验证本文提出的三种适用于大角度失准角情形的快速传递对准算法的有效性,为合理选择对准模型和滤波器算法提供了理论依据,也为是否补偿杆臂效应误差和如何选择IMU组件以及对应的对准模型提供了合理依据。仿真结果表明海上对准中改进的乘性四元数模型算法和改进的加性四元数模型算法都可以快速估计出方位失准角大小,具有和水平失准角同样的收敛速度,修正Rodrigues参数误差模型的估计收敛速度最快,这是以往的对准技术所不及的。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U675.73

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【引证文献】
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1 戴晓强;赵琳;史震;刘维亭;;一种冗余惯性导航系统的非线性初始对准模型[J];船舶工程;2012年05期
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1 张艳;提高舰载光电设备跟踪精度的关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 于亚静;无人车捷联惯导系统传递对准研究[D];北京信息科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王司;战术制导武器捷联惯导系统快速传递对准研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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1 丁滢颍;机载导弹的传递对准技术研究[D];西北工业大学;2001年
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3 张俊龙;基于DSP的短距离无线数据通信技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 王登伟;吕英华;张博;刘兵;;基于光纤无线电的优化自适应波束形成算法[J];半导体光电;2007年05期
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8 王毅,赵忠,卫育新;带误差补偿的二位置寻北仪设计[J];兵工自动化;2005年04期
9 尹小杰;朱斌;樊键;;无迹Kalman滤波器及其目标跟踪应用[J];兵工自动化;2006年08期
10 曾勇;谭红力;黄新生;;基于神经网络的捷联惯导系统温度补偿[J];兵工自动化;2006年09期
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1 周火凤;马保离;;离轴式拖车移动机器人的路径跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 陈莹;吴定会;;多传感车道检测及目标跟踪的新型融合方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 杨晓霞;黄一;;外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 黄慧敏;文成林;徐晓滨;;机载ISAR距离跟踪建模及其非线性滤波研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 程建华;邹继斌;陈世同;刘星伯;;水下无人运载器捷联式惯导系统初始对准关键系统技术研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 严恭敏;严卫生;徐德民;;逆向导航算法及其在捷联罗经动基座初始对准中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 张泽;段广仁;;超定条件下基于星敏感器的姿态确定[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 郭子伟;缪玲娟;沈军;;可观测性分析在改善静基座对准的工程应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 尚松田;邓志红;付梦印;王瑞涛;莫凡;;单轴旋转调制对光纤陀螺惯导系统精度的影响分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯婷;离散时间Markov跳变系统的稳定性与鲁棒H_2/H_∞控制[D];山东科技大学;2010年
2 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李莎莎;反辐射导弹仿真系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 刘志平;无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张海社;智能天线算法的研究[D];山东科技大学;2010年
2 李婧琳;基于探地雷达的刚性路面板下脱空系统识别方法[D];郑州大学;2010年
3 崔运涛;基于ARM+DSP的捷联航姿系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王昱丹;空间稳定型惯导系统分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 郭静;光纤陀螺捷联系统运动基座对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 曹国峰;基于PC/104总线的GFSINS导航计算机系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张立华;光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 宋俊才;超分辨DOA估计方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王京起,陈慧岩;陆地自主车辆研究概况[J];车辆与动力技术;2002年04期
2 邹东明,刘栖山,陈长青,郭劲;舰载光电跟踪设备视轴稳定分析[J];兵工自动化;2003年01期
3 罗护,范大鹏,张智勇,吴正洪;两轴陀螺稳定系统中陀螺安装的几种方法[J];兵工学报;2005年03期
4 汪渤,石永生,宫德晶,高洪民;姿态稳定用双轴陀螺仪[J];北京理工大学学报;2002年03期
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6 戴洪德;陈明;周绍磊;李娟;;惯性导航系统非线性初始对准的LS-SVM方法研究[J];传感技术学报;2007年07期
7 马志强;林恒;魏莹莹;;车载传递对准技术研究[J];传感器与微系统;2011年03期
8 王仲锋;杨凤宝;;空间直角坐标转换大地坐标的直接解法[J];测绘工程;2010年02期
9 李宏;;空间直角坐标至大地坐标的直接严密变换[J];测绘与空间地理信息;2007年06期
10 马旭辉;郭强;赵灵琳;;基于UKF滤波的近地卫星自主组合导航方法研究[J];测绘与空间地理信息;2011年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 钱伟行;捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 郭立东;舰载激光武器稳定平台控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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6 杨秀华;预测滤波技术在光电目标跟踪中的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
7 翟百臣;直流PWM伺服系统低速平稳性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
8 李东明;捷联式惯导系统初始对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 姬伟;陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究[D];东南大学;2006年
10 张智永;光电稳定伺服机构的关键测控问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王凤英;船载电视跟踪仪自稳定问题研究[D];大连海事大学;2005年
2 高兴旺;捷联惯性导航系统的传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
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4 吴周洁;组合式车载导航系统研究[D];上海交通大学;2009年
【二级引证文献】
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1 杨维帆;基于臂式机构的空间望远镜稳像控制研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
2 盛磊;船载光测设备精度分析及数据处理[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈星;光电稳定跟踪平台陀螺信号处理技术研究[D];中北大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王福勋,余恬,齐鲲鹏;单片蓝牙控制器AT76C551[J];半导体技术;2002年04期
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5 房建成,周锐,祝世平;捷联惯导系统动基座对准的可观测性分析[J];北京航空航天大学学报;1999年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨艳娟;捷联惯性导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
2 常青;巡航导弹制导系统关键技术研究[D];西北工业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 丁滢颍;机载导弹的传递对准技术研究[D];西北工业大学;2001年
2 顾冬晴;机载战术武器的传递对准及其精度评估技术研究[D];西北工业大学;2005年
3 蔡同英;捷联惯导传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
4 高为广;自适应融合导航理论与方法及其在GPS和INS中的应用[D];中国人民解放军信息工程大学;2005年
【相似文献】
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1 康望东,薛祖瑞;最优批处理滤波器在传递对准中的应用[J];中国惯性技术学报;1994年03期
2 王司,邓正隆;惯导系统动基座传递对准技术综述[J];中国惯性技术学报;2003年02期
3 刘毅,刘志俭;捷联惯性导航系统传递对准技术研究现状及发展趋势[J];航天控制;2004年05期
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6 苏一丁;快速传递对准方法的F-16飞行试验[J];航空兵器;2000年03期
7 林敏敏,房建成,高国江;一种有效的空—空导弹捷联惯导系统快速精确传递对准方法[J];中国惯性技术学报;2001年03期
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9 王力丹,张洪钺,戴汝为;一种快速传递对准的方法[J];航天控制;2000年04期
10 何昆鹏,吴简彤,胡文彬,周雪梅;船用武器捷联姿态基准系统快速传递对准方法研究[J];中国惯性技术学报;2003年03期
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3 高兴旺;吴简彤;孙慧平;袁鸿军;;惯导系统的传递对准滤波方法研究[A];2006年船舶通讯导航学术会议论文集[C];2006年
4 谢莉莉;李立新;;基于速度+姿态匹配动基座传递对准技术研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
5 陈熙源;万德钧;;大型挠性结构变形的惯性测量技术研究与发展[A];惯性技术发展动能发展方向研讨会论文集[C];2004年
6 樊功勤;冯世宁;;空中平台动态干扰对传递对准的影响[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
7 林思刚;杜祖良;;舰载高精度平台惯导系统动基座对准技术研究[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
8 马闪;王新龙;;天基导弹的动基座快速精确传递对准方法[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
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10 徐剑芸;鲁浩;程海彬;位晓峰;李群生;;空空导弹捷联惯导车载对准导航实验系统设计[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
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1 孔星炜;用于微捷联惯导系统的传递对准技术研究[D];清华大学;2010年
2 吉宇人;捷联惯导系统传递对准技术及误差补偿方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
3 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孙昌跃;捷联惯导系统传递对准研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 王司;战术制导武器捷联惯导系统快速传递对准研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 谭红力;航弹族低成本捷联惯导系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
8 钱伟行;捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 刘育浩;适于惯性制导炸弹的捷联惯导关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 孟新宇;指令修正弹药组合测量和自装定[D];南京理工大学;2008年
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1 王于坤;机载分布式微惯性测姿系统传递对准技术研究[D];南京理工大学;2014年
2 罗彬;舰载武器惯导系统传递对准仿真验证系统的研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 胡泽东;实时嵌入式光电瞄准吊舱传递对准系统设计[D];南京理工大学;2013年
4 丁滢颍;机载导弹的传递对准技术研究[D];西北工业大学;2001年
5 卢松华;制导炸弹传递对准的算法与仿真[D];西北工业大学;2005年
6 顾冬晴;机载战术武器的传递对准及其精度评估技术研究[D];西北工业大学;2005年
7 李玺安;基于VxWorks的光电瞄准吊舱传递对准技术研究[D];南京理工大学;2014年
8 何昆鹏;捷联惯导系统姿态角快速对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
9 蔡同英;捷联惯导传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
10 王武剑;船用光纤捷联系统传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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