水下超高速航行體微慣性測量組合設計及其相關技術研究.pdf

1、以超空化減阻技術運動的航行體在速度、靈活性等方面都有了全新的改善，改變了傳統(tǒng)水下航行體普遍存在速度慢、航程短、精度低的缺點，開辟了水下超高速航行體更為廣闊的發(fā)展空間，在水下超高速航行體上裝置導航制導設備，將大大提高航行體的效能，隨著航行體結構設計的不斷優(yōu)化，以及在體積、可靠性和抗沖擊性能等諸多方面的要求更加突出，使得航行體內(nèi)置慣導裝置小型化發(fā)展成為一種必然趨勢。隨著微機電技術的發(fā)展，加之微慣性導航系統(tǒng)可在不依賴任何外部信息條件下實現(xiàn)全自

2、主導航的突出優(yōu)點，微慣性測量組合技術在水下超高速航行體上具有廣闊的應用前景。但是，與傳統(tǒng)的慣性測量組合相比，微慣性測量組合的精度明顯偏低，這極大地限制了它的應用。如何充分發(fā)揮微慣性器件的優(yōu)勢，不斷提高其測量精度，進而提高微慣性測量組合的測量精度，具有極其重要的意義。本文的研究工作正是針對提高微慣性元件和微慣性測量組合可靠性及精度這一中心展開的。
　　 進行了一種新型的九陀螺的微慣性測量組合設計，在設計中，采取斜置軸冗余配置方式，

3、運用第4軸冗余信息實現(xiàn)對3個正交軸信息的校驗和互補，系統(tǒng)的可靠性和精度較以往常用配置方式有一定的提高。
　　 對微機械陀螺漂移特性進行了分析，微機械陀螺的隨機漂移比系統(tǒng)性漂移更復雜，對它的建模補償對于提高測量信息精度非常重要。論文分別運用基于指數(shù)平滑的GM(1,1)模型和基于動窗平滑的GM(1,1)模型對漂移中的確定性趨勢項進行了提取，并運用AR(3)模型對隨機漂移進行了建模分析，經(jīng)Allan方差分析表明，經(jīng)GM-AR模型補償后

4、的漂移噪聲有大幅度的降低。此外，通過對微機械陀螺同一日內(nèi)的多組數(shù)據(jù)和不同日期的多組數(shù)據(jù)進行了重復性檢驗，結果表明，同一環(huán)境條件下的隨機漂移數(shù)據(jù)具有很好的重復性，可以通過多次測量結果預先離線估計出來。在時間序列分析模型基礎上，對微機械陀螺隨機漂移信號進行了卡爾曼濾波處理，隨機漂移信號在濾波后雖然沒有完全消除，但卻大幅度降低，在實際應用中，通過以上方法對微機械陀螺儀的輸出信號進行濾波處理，得到了更高精度的測量結果。
　　 采用數(shù)據(jù)融

5、合算法進一步提高本文設計系統(tǒng)精度。分別采用基于最優(yōu)加權的最小二乘算法、有限窗加權最小二乘算法和測量方差自學習的最小二乘算法，綜合利用分布在不同位置傳感器的冗余和互補信息，降低了測量信息的不確定性，系統(tǒng)測量精度進一步提高。
　　 研究結果表明，適應水下超高速航行的復雜環(huán)境設計的新型微慣性測量組合，可以充分發(fā)揮微慣性器件高可靠性、抗動態(tài)沖擊能力強的突出優(yōu)點，使系統(tǒng)的可靠性和精度綜合性能顯著提高，通過漂移誤差模型的補償技術和數(shù)據(jù)融合方