水下运载器惯性测量事后状态估计方法研究

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在现代海战中,巡航导弹对潜艇是一次革命,它使潜艇既具备了远程反舰与反潜作战能力,也具有了对陆上目标的攻击能力。巡航导弹是借助于鱼雷管,靠水下运载器送出水面攻击目标。出于弹器分离、提高导弹命中概率及发射艇的安全性等需要,对运载器在出水时的运动速度、姿态角及位置等参数又都有严格的要求。为了有效地、多快好省地解决潜射导弹运载器上述的关键技术问题,需要在多次实航试验中,反复试验,对控制参数不断调整才能达到预期效果。本文提出在实航试验时,采用惯性测量技术,即用惯性测量器件IMU对水下运载器从离开发射管到出水的角速度和加速度信息进行测量和储存,然后进行事后处理,估计出运载器运动状态(姿态、速度、位置)的方案,从而为水下运载器的弹道评价和控制系统改善提供准确依据。 本文系统地研究了水下运载器惯性测量事后状态估计的方法以及提高估计精度中的一些关键技术。本文的主要研究工作包括: 1.依据惯性测量的基本原理,研究了水下运载器惯性测量事后状态估计的原理和方法,重点介绍了姿态矩阵的求解算法。 2.从旋转矢量的概念出发,推导了姿态算法的精度准则,在圆锥运动作为输入和陀螺输出角速率条件下,推导了旋转矢量二子样、三子样算法和传统四元数算法的圆锥误差公式,提出了改进二子样算法,对各姿态算法进行了比较,并对各姿态算法的计算量问题进行了分析。 3.在陀螺输出角速率条件下,以圆锥误差为精度准则,对各姿态算法进行了数字仿真,对各算法的精度进行比较,仿真结果与理论结果一致。 4.为了估计精确的初始姿态阵,研究了基于多普勒速度声纳(DVS)的水下运载器事后传递对准技术。建立了基于DVS的运载器事后传递对准的状态空间模型;设计了基于DVS的运载器事后传递对准的卡尔曼滤波器和固定区间平滑滤波器,并进行了数字仿真分析。 5.利用小波的多分辨率特性去除陀螺随机漂移信号的趋势项,在此基础上采用时间序列分析法建立了某型陀螺随机漂移数学模型,设计了陀螺随机漂移的卡尔曼滤波器,并进行了数字仿真分析。 6.设计了水下运载器事后状态估计的仿真软件。采用MATLAB和Visual C++混合编程的方法,由MATLAB实现运载器事后状态估计的计算,由Visual C++实
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