慣性導航系統(tǒng)快速傳遞對準技術(shù)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 慣性導航系統(tǒng)初始對準 1
1.2 慣性導航系統(tǒng)傳遞對準 2
1.3 慣性導航系統(tǒng)初始對準研究進展 3
1.4 本書內(nèi)容框架 7
第2章 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)傳遞對準仿真系統(tǒng)設(shè)計 8
2.1 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)動基座傳遞對準的結(jié)構(gòu) 8
2.2 仿真系統(tǒng)各模塊的設(shè)計 10
2.2.1 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 10
2.2.2 艦船運動模擬器 11
2.2.3 撓曲變形模擬器 13
2.2.4 慣性器件模擬器 14
2.2.5 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)模擬器 17
2.2.6 桿臂效應(yīng)模擬器 24
2.3 仿真分析 25
2.4 小結(jié) 28
第3章 傳遞對準濾波算法及可觀測度計算 29
3.1 卡爾曼濾波原理 29
3.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的卡爾曼濾波 30
3.1.2 離散系統(tǒng)的卡爾曼濾波 30
3.1.3 連續(xù)卡爾曼濾波方程的離散化處理 32
3.2 離散型非線性擴展卡爾曼濾波 33
3.3 無跡卡爾曼濾波 35
3.4 容積卡爾曼濾波 37
3.4.1 球形徑向容積準則 38
3.4.2 容積卡爾曼濾波算法 38
3.4.3 仿真分析 39
3.5 可觀測性分析理論 42
3.6 可觀測度計算及其改進方法 42
3.7 小結(jié) 46
第4章 慣性導航系統(tǒng)經(jīng)典傳遞對準 47
4.1 基本公式說明 47
4.1.1 姿態(tài)誤差的定義 48
4.1.2 方向余弦矩陣的微分方程 49
4.1.3 四元數(shù)微分方程 50
4.1.4 四元數(shù)和方向余弦矩陣的轉(zhuǎn)換關(guān)系 50
4.2 經(jīng)典傳遞對準誤差模型 51
4.2.1 姿態(tài)誤差模型 51
4.2.2 速度誤差模型 52
4.2.3 位置誤差模型 54
4.2.4 慣性器件誤差模型 54
4.3 經(jīng)典對準的濾波器設(shè)計 55
4.3.1 系統(tǒng)狀態(tài)模型 55
4.3.2 速度誤差量測模型 55
4.3.3 位置誤差量測模型 55
4.4 經(jīng)典對準的可觀測性研究及仿真分析 56
4.4.1 經(jīng)典對準仿真系統(tǒng)設(shè)計 56
4.4.2 位置誤差量測時的經(jīng)典對準 56
4.4.3 速度誤差量測時的經(jīng)典對準 58
4.5 經(jīng)典傳遞對準影響因素分析 59
4.5.1 海浪對初始對準的影響 59
4.5.2 航行速度變化對初始對準的影響 62
4.5.3 桿臂誤差對初始對準的影響 63
4.6 大方位失準角時的經(jīng)典傳遞對準 64
4.6.1 大方位失準角經(jīng)典傳遞對準非線性誤差模型 64
4.6.2 大方位失準角時的經(jīng)典對準仿真分析 65
4.7 小結(jié) 66
第5章 線性快速傳遞對準 67
5.1 快速傳遞對準的線性誤差模型 67
5.1.1 坐標系定義和四元數(shù)相關(guān)理論 67
5.1.2 計算姿態(tài)誤差模型 69
5.1.3 真實姿態(tài)誤差模型 71
5.1.4 速度誤差模型 71
5.2 “速度+姿態(tài)”匹配快速傳遞對準研究 72
5.2.1 “速度+姿態(tài)”匹配量測模型及濾波器設(shè)計 72
5.2.2 系統(tǒng)可觀測性分析及可觀測度計算 73
5.2.3 “速度+姿態(tài)”匹配快速傳遞對準仿真分析 74
5.3 “速度+角速度”匹配快速傳遞對準研究 75
5.3.1 “速度+角速度”匹配量測模型及濾波器設(shè)計 76
5.3.2 系統(tǒng)可觀測性分析及可觀測度計算 77
5.3.3 “速度+角速度”匹配快速傳遞對準仿真分析 78
5.4 “速度+部分角速度”匹配快速傳遞對準研究 80
5.4.1 艦船撓曲變形對失準角估計精度的影響分析 80
5.4.2 “速度+部分角速度”匹配模型及可觀測性分析 82
5.4.3 “速度+部分角速度”匹配快速傳遞對準仿真分析 84
5.5 小結(jié) 85
第6章 快速傳遞對準精度影響因素分析 86
6.1 海浪對快速傳遞對準的影響分析 86
6.2 航行速度對快速傳遞對準的影響分析 89
6.3 桿臂誤差對快速傳遞對準的影響分析 91
6.4 撓曲變形對快速傳遞對準的影響分析 93
6.5 小結(jié) 95
第7章 非線性快速傳遞對準 96
7.1 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)快速傳遞對準的非線性誤差模型 96
7.1.1 基于四元數(shù)的真實姿態(tài)誤差模型 96
7.1.2 基于四元數(shù)的計算姿態(tài)誤差模型 97
7.1.3 基于四元數(shù)的速度誤差模型 98
7.2 非線性模型與線性模型的關(guān)系 99
7.3 “速度+四元數(shù)”匹配非線性快速傳遞對準濾波器設(shè)計及仿真分析 100
7.3.1 系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)模型及量測模型 101
7.3.2 仿真分析 101
7.4 兩種誤差模型級聯(lián)的二次快速傳遞對準 103
7.4.1 二次快速傳遞對準方法設(shè)計 103
7.4.2 二次快速傳遞對準仿真分析 104
7.5 基于偽量測的非線性快速傳遞對準 105
7.5.1 基于偽量測的非線性快速傳遞對準模型 106
7.5.2 可觀測性分析 108
7.5.3 仿真分析 110
7.6 小結(jié) 111
第8章 傳遞信息不確定時的快速傳遞對準 112
8.1 時間延遲時的快速傳遞對準 112
8.1.1 傳遞對準中時間延遲分析 112
8.1.2 基于姿態(tài)矩陣預(yù)測的時間延遲誤差補償方案 113
8.1.3 時間延遲誤差補償方案仿真分析 114
8.2 隨機丟包時的快速傳遞對準 116
8.2.1 量測參數(shù)丟包問題模型 116
8.2.2 量測丟包的估計算法 119
8.2.3 次優(yōu)傳遞對準估計器 131
8.2.4 仿真分析 133
8.3 小結(jié) 137
第9章 基于快速傳遞對準模型的艦船甲板變形實時估計 138
9.1 艦船甲板變形估計的卡爾曼濾波器設(shè)計 138
9.1.1 系統(tǒng)模型 138
9.1.2 量測模型 139
9.1.3 卡爾曼濾波器 141
9.2 艦船甲板變形估計算法的可觀測性分析 141
9.2.1 可觀測性分析 141
9.2.2 基于可觀測度的奇異值分解 142
9.2.3 艦船甲板變形估計算法的可觀測度 143
9.3 仿真分析 144
9.4 小結(jié) 147
附錄 關(guān)于四元數(shù)表示旋轉(zhuǎn)的說明 148
參考文獻 150