水下运载器sinsusbldvl组合导航系统设计与高性能算法研究

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1、学校代码１０６９９６６６ｌｌ分类号Ｕ．密学号２０１２２０１加７题目水下运载器ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统设计与高性能算法研究作者局兵兵学科、专业载运王具运用王程指导教师高社生教授申请学位日期２０１５年３月西北王业大学硕：ｔ学位论文（学位研究生）题目：水下运载器ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统设计与高性能算法研究作者；高兵兵学科专业；载运王具运用王程指导教师；高社生教授２０１５年３月Ａ＇ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＭａｓｔｅｒｓＤ

2、ｅｇｒｅｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬＩｎｔｅｒａｔｅｄＮａｖｉａｔｉｏｎｇｇＳｙｓｔｅｍａｎｄＨｉｇｈＰｅｒ化ｒｍａｎｃｅ乂Ｉｇｏｒｉｔｈｍ化ｒＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅｓＢｙＧａｏＢｉｎｂｉｎｇｇＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂｙｐＰｒｏｆ．ＧａｏＳｈｅｓｈｅｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＸｉａｎＳｈａａｎｘｉＰ．民．Ｃｈｉｎａ，，Ｍａｒｃｈ２０１５，摘要当前水下运载

3、器的发展对于导航系统在精度、可靠性、容错性等方面都提出一了越来越高的要求，单的导航系统已难Ｗ满足要求，Ｗ多传感器信息融合为基础的组合导航技术成为目前水下导航的发展趋势。组合导航系统具有协合超越、互补和余度功能，能充分利用各子系统的导航信息，取长补短，提高整个系统的导航性能。实现组合导航的关键技术是多传感器数据融合，而各种滤波算法的出现，为其提供了坚实的理论基础和强有力的数学工具。因此，对水下运载器组合导航系统和高性能滤波算法的研究，受到了航海、导航、制导与控制、信息融合一等领域众多学者的关注，成为研究的热点问题之。日本文在全面分

4、析捷联惯性导航系统巧ＩＮＳ）、超短基线定位系统（ＵＳＢＬ巧多普勒测速仪（ＤＶＬ）各自优缺点的基础上，设计了ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统方案；一然后，针对Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ卡尔曼滤波（ＵＫ巧算法存在的问题，提出了种基于极大似然准则与滚动时域估计的自适应ＵＫＦ算法，；最后将提出的自适应ＵＫＦ算法应用于所设计的ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统进行了实验研究与算法分析。论文的主要工作与创新性贡献如下：１．研究了ＳＩＮＳ更新算法ＢＬ定位原理和ＤＶＬ测速原理然后，针对ＳＩＮＳ、肌；线性误差模型存在的缺点，建立了ＳＩＮＳ非线

5、性误差模型最后，分析了ＵＳＢＬ定；位误差和ＤＶＬ测速误差。２．在研究组合导航工作模式的基础上，设计了ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ和ＳＩＮＳ／ＤＶＬ两个组合导航子系统方案，建立了各子系统非线性数学模型然后，采用联邦滤波技；术设计了ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统方案。３．针对ＵＫＦ算法在噪声先验统计特性未知或不精确的情况下，滤波精度不高一甚至发散的问题，提出了种基于极大似然准则与滚动时域估计的自适应ＵＫＦ算法。该算法利用ＵＫＦ算法产生的新息序列构造含有噪声统计特性的似然函数，引入滚动时域估计概念，利用在线滚动优化抑制噪声统计估计

6、的发散，最后采用Ｎｅｗｔｏｎ－ｓｏｎＲａｐｈ算法求解噪声统计的极大似然估计，得到带有噪声统计估计器的自适应ＵＫＦ算法。４．将提出的自适应ＵＫＦ算法应用于所设计的ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统中进行了仿真实验与实际浅水实验。结果表明，设计的ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统具有较高的导航精度，能够满足水下运载器精确导航定位的要求提出的自；适应ＵＫＦ算法能有效抑制未知或不精确噪声统计对组合导航系统定位精度的影Ｉ响，有效提高了ＳＩＮＳ／ＵＳＢＬ／ＤＶＬ组合导航系统的水下定位精度。一水下运载器导航定位技术的研究是个多学

7、科交叉的研究课题，需要做大量的研究工作，不仅对水下导航定位技术的。本文所做的研究工作及所取得的成果一研究有着重要的学术价值，而且对导航、制导与控制、信息融合等领域都有定贡献。关键词：水下运载器；ＳＩＮＳ／Ｕ泌Ｌ／ＤＶＬ组合导航系统；Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ卡尔曼滤波；自适应ＵＫＦ算法；联邦滤波技术ＩＩＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｓｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎ１：ｅｒ

8、ｍｓｏｆａｃｃｕｒａｃｙｒｅｌｉａ