基于捷联航姿系统的舰船瞬时线运动信息测量-研究

《基于捷联航姿系统的舰船瞬时线运动信息测量-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、哈尔滨工程大学硕十学位论文第1章绪论1．1课题背景导航系统是舰船、飞机、航天器等载体上的重要设备，其主要任务就是在预先规定好航行计划的前提下，以要求的精度，在一定时间内将载体引航到目的地。为此，导航系统必须提供精确的导航参数，如姿态角、位置、速度等。为测得这些参数，出现了多种导航系统，如无线电导航系统、天文导航系统、卫星导航系统、惯性导航系统等。惯性导航系统是一种利用陀螺和加速度计测量载体角运动和线运动，经过积分运算求出载体即时姿态、速度和位置的导航系统，它完全依靠自身的敏感器件完成导航任务，无需依赖任何外界信息，也不向外辐射任何能量，是一种完全自主的导航系统，因

2、此具有隐蔽性好、抗干扰、不受任何气象条件限制的优点【l】。此外，惯导系统还具有数据更新率高、短期精度高和稳定性好的特点。正是由于以上优点，它在航空、航天、航海和很多民用领域得到了广泛应用。对于惯性制导的中远程弹道导弹来说，其命中精度的70％决定于惯性系统的精度。惯性导航系统按惯性测量装置在载体上的安装方式可分为平台式和捷联式两种。与平台式惯导系统相比，捷联惯导系统具有如下优点：系统的体积、重量和成本大大降低；能够提供更多的导航信息，有更强的参与系统综合的能力[2J；捷联惯导系统的惯性仪表更便于安装、维护以及更换；捷联系统的惯性仪表便于采用余度配置以提高系统的性能和

3、可靠性。由于捷联惯导系统的这些优点，它正在逐步超越平台惯导系统，成为一种应用广泛的导航系统。美国军用惯性导航系统1984年以前全部为平台式，到1989年已有一半改为捷联式，到1994年捷联惯导系统已占据90％[31。惯导系统的一个重要元器件就是陀螺仪，所以也可以根据选用的陀螺仪的种类区分惯导系统。陀螺仪原理上就是运用物体高速旋转角动量很大时旋转轴的定轴性所制造出来的定向仪器。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到哈尔滨工程大学硕士学位论文了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入

4、了一个全新的阶段[41。Vali等提出了现代光学陀螺仪的基本设想，首先研发了激光陀螺仪，然后又提出了光纤陀螺仪的构想。到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件【5j。1．2舰船运动的特性舰船在航行工作过程中主要做的是航行运动，是舰船的主动运动，此外舰船也会受到海浪，海风，洋流等其他海洋环境因素的扰动作用，不可避免的会产生晃动。如果把舰船看作一个刚体，则这些扰动会使舰船产生六自由度的运动，分别是横摇、纵摇、艏

5、摇、升沉(也称为垂荡)、横荡、纵荡。定义这由扰动引起的六自由度运动为舰船瞬时运动，该运动不同于航行工作运动，它是由于环境因素引起的。按舰船瞬时运动的运动性质，定义横摇、纵摇、艏摇运动为舰船瞬时角运动，定义升沉、横荡、纵荡运动为舰船瞬时线运动【71。舰船的瞬时角运动信息在航姿系统中可以即时给出。舰船瞬时线运动从舰船的整体运动的分离，需要对舰船航行线运动和舰船瞬时线运动的产生原因和运动特性进行分析，然后根据运动特性的差异进行分离。由于舰船体型巨大，海洋面积广阔，舰船出航时间漫长，所以舰船在航行工作过程中，舰船的航行线运动一般就是以某速度直线运动，舰船完成加速、减速工作

6、以及转向工作都因为舰船结构和动力性能等原因需要较长的时间，所以舰船的航行线运动属于低频运动，运动周期是长时间的，是主动运动【8】。而舰船瞬时线运动是由海洋环境因素引起的，最主要的产生原因是海浪的影响【9】Uo]，所以舰船瞬时线运动是频率与海浪频率大体一致的往复运动。所以舰船瞬时线运动相对于舰船的航行运动，属于高频运动，运动周期比较短，是被动运动。2哈尔滨T程大学硕十学位论文1．3课题研究意义一舰船正常航行叫运动，低频运动扰动引起的舰船瞬时运动，属于高频运动日嚣箔图1．1舰船运动分析示意图很多大型的军舰上搭载舰载机。随着战争的发展，对舰载机的反应速度要求越来越快，全

7、天候作战要求也越来越迫切。舰载机的起降过程由于跑道长度非常短，已经对舰载机以及飞行员提出很高的技术要求，而海浪作用产生的舰面摇摆、升沉两类运动，更是对飞机的弹射起飞产生了很大影响，更大程度上限制了舰载机的正常起飞范围。舰载机起降过程是整个舰载机航行工作过程中，事故最多发的环节。升沉运动实际上引起了舰面的垂荡，由于垂荡的影响，会使弹射起飞的最大下沉量约增大3m。因此，考虑垂荡与纵摇的耦合作用时其限制条件更为严格。舰面的摇摆，升沉运动使弹射起飞变得非常复杂，当纵摇以及升沉的耦哈尔滨．T程大学硕士学位论文合运动超过某一限度时，由于飞机下沉量过大，将危及飞行安全，从而限制

8、了舰载机的