捷联惯导传递对准可观测性分析

论文摘要

传递对准技术的理论研究主要是设计对准模型的卡尔曼滤波器,在设计卡尔曼滤波器之前,通常先进行系统的可观测性分析,确定卡尔曼滤波器的滤波效果。线性定常系统的可观测性分析起来比较容易,但线性时变系统的可观测性分析起来比较困难。而在传递对准时,系统为线性时变系统。因此,系统可观测性的分析成为传递对准研究的重要的一部分。本文根据捷联惯导系统的工作原理,推导了捷联惯导系统误差模型,并介绍了离散型卡尔曼滤波器滤波方程。分析了传递对准技术的原理,并根据其原理设计了角速度匹配和速度匹配卡尔曼滤波器模型,为可观测性分析奠定基础。在建立角速度匹配和速度匹配传递对准卡尔曼滤波器模型的基础上,又对它们分别进行了仿真及可观测性分析,研究它们各自的特点及适应的条件,证明角速度匹配法在有船体动态变形影响时,应把动态变形列为状态向量估计,并且在舰船有大幅度摇摆运动时估计精度较高,舰船线运动对其没有什么影响。而速度匹配法在有较大线运动时能提高方位失准角的估计精度,舰船的摇摆可增大加速度计的可观测度。本文还将分段线性定常系统的PWCS理论应用于捷联惯导传递对准中,用SOM矩阵代替TOM矩阵进行可观测性分析。对于角速度匹配和速度匹配传递对准,采用SVD分析方法对两种匹配算法在各种机动条件下的可观测性和可观测度进行了分析讨论,并研究了另外两种可观性分析方法——状态方程解耦的方法和Кузовков判别法,并将它们应用于速度匹配传递对准中。通过将奇异值分解法和Кузовков判别法相结合,来确定系统不可观测的状态变量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景、目的和意义
• 1.2 国外的研究现状
• 1.3 国内的研究现状
• 1.4 论文研究的主要工作
• 第2章 捷联惯导系统误差模型分析
• 2.1 常用坐标系
• 2.2 惯导基本方程
• 2.3 误差传播方程
• 2.3.1 坐标小角度转动
• 2.3.2 误差传播方程
• 2.3.3 加速度计和陀螺仪模型
• 2.4 离散化卡尔曼滤波方程
• 2.4.1 卡尔曼滤波理论
• 2.4.2 离散型卡尔曼滤波基本方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 传递对准技术的研究
• 3.1 角速度匹配原理
• 3.1.1 角速度匹配卡尔曼滤波器的设计
• 3.1.2 状态引入陀螺漂移问题
• 3.1.3 仿真
• 3.2 速度匹配传递对准误差模型
• 3.2.1 速度匹配力学方程
• 3.2.2 SINS对MINS的速度微分方程
• 3.2.3 SINS对MINS的失准角微分方程
• 3.2.4 状态方程
• 3.2.5 量测方程
• 3.2.6 仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 角速度匹配法可观测性分析
• 4.1 可观测性
• 4.2 可观测度
• 4.2.1 奇异值可观测性分析方法
• 4.2.2 奇异值分析方法在捷联惯导传递对准中的应用
• 4.3 角速度匹配法可观测性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 速度匹配法可观测性分析
• 5.1 奇异值分析法在速度匹配传递对准中的应用
• 5.2 Кузовков定义的可控度和可观度
• 5.3 用奇异值判别法和Кузовков方法结合
• 5.4 状态方程解耦的可观性分析方法
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的成果
• 致谢