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惯性匹配法估计船体变形技术研究

作　者: 李丽娟
导　师: 孙枫
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 捷联惯导系统 惯性匹配 船体变形 传递对准
分类号: U666.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 162次
引　用: 2次
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内容摘要


为建立全船统一姿态基准，必须估计出船体变形角，本论文首先对船体变形规律以及动态变形对姿态的影响进行分析，然后建立捷联惯导误差模型，利用惯性测量匹配方法估计变形失调角，主要研究角速度匹配算法和“速度+姿态”匹配算法。 角速度匹配算法采用两种方法对变形角进行估计。第一种方法是卡尔曼滤波法，将主／子惯导静态失准角和动态失准角都看作小角度，推导出它们线性化的状态方程，并且直接将动态变形角以及动态变形角速率纳入状态变量，在估计静态失准角的同时也估计了动态变形角。第二种方法是迭代法，舰船中心惯导系统测量的角速度为地球的自转角速度和载体运动引起的角速度，局部姿态基准测量的角速度，除了这两项之外，还有局部姿态基准变形产生的变形角速度，动态变形角和变形角速率之间的转换关系可以形成一个迭代的过程，经过几步迭代后，动态变形角就能跟踪上模型输出的动态变形角。 “速度+姿态”匹配算法是一种快速对准方式，利用两套精度不同的两套惯导系统，精度较高的作为中心航姿系统，精度较低的作为局部姿态基准系统，利用它们输出的速度差和姿态差信息作为滤波器的测量量，速度、姿态、静态变形角和动态变形角作为滤波器的状态量，对静态变形角和动态变形角进行估计。

全文目录


第1章 绪论  9-16
  1.1 船体变形的诸因素  9-10
  1.2 舰船波浪运动中变形计算  10-11
  1.3 惯性测量匹配方法概述  11-12
  1.4 惯性测量匹配测定船体变形应用概述  12-14
    1.4.1 火控系统中的应用  12-13
    1.4.2 磁测量船的实际应用  13
    1.4.3 在各种测量船上应用的潜在需求  13-14
    1.4.4 舰载飞机和舰载导弹惯导系统传递对准中的应用  14
  1.5 课题的章节安排  14-16
第2章 船体变形模型分析  16-27
  2.1 结构力学方法  16-18
    2.1.1 静水中船体外力的确定  16-17
    2.1.2 波浪中船体外力的确定  17
    2.1.3 航行引起的船体外力的确定  17-18
  2.2 有限元分析方法  18-25
    2.2.1 全舰三维有限元建模  19-20
    2.2.2 舰艇多浪向与波浪载荷分析  20-23
    2.2.3 波浪载荷的理论预报  23-25
  2.3 舰体变形模型的建立  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 捷联惯导系统误差方程  27-45
  3.1 常用导航坐标系  27-28
  3.2 惯性导航系统基本方程  28-32
  3.3 误差传播方程  32-39
    3.3.1 坐标系小角度转动  33-34
    3.3.2 误差传播方程  34-39
  3.4 加速度计和陀螺仪模型  39-40
  3.5 连续系统模型的离散化  40-43
    3.5.1 离散化概念  40-41
    3.5.2 卡尔曼滤波器算法  41-43
  3.6 本章小结  43-45
第4章 角速度匹配法测量船体变形角  45-58
  4.1 角速度匹配原理  45-47
  4.2 卡尔曼滤波法设计  47-51
    4.2.1 系统状态方程的建立  47-49
    4.2.2 系统量测方程的建立  49-50
    4.2.3 离散卡尔曼滤波公式  50-51
  4.3 迭代法求船体变形角  51-53
  4.4 仿真结果  53-57
    4.4.1 仿真条件  53-54
    4.4.2 卡尔曼滤波法仿真曲线  54-56
    4.4.3 迭代法仿真曲线  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章 速度加姿态匹配法测量船体变形角  58-70
  5.1 主/子惯导导航方程  58-60
  5.2 主/子惯导系统误差方程  60-63
    5.2.1 姿态误差模型  60-61
    5.2.2 速度误差模型  61-63
  5.3 卡尔曼滤波器模型  63-67
    5.3.1 船体挠曲变形建模  64
    5.3.2 系统状态方程的建立  64-66
    5.3.3 系统观测方程的建立  66-67
  5.4 仿真结果  67-69
    5.4.1 仿真条件  67
    5.4.2 仿真曲线  67-69
  5.5 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  76-77
致谢  77

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 导航设备、水声设备 > 导航设备
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