惯性导航系统快速传递对准技术

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 惯性导航系统初始对准 1
1.2 惯性导航系统传递对准 2
1.3 惯性导航系统初始对准研究进展 3
1.4 本书内容框架 7
第2章 捷联惯性导航系统传递对准仿真系统设计 8
2.1 捷联惯性导航系统动基座传递对准的结构 8
2.2 仿真系统各模块的设计 10
2.2.1 仿真系统的结构 10
2.2.2 舰船运动模拟器 11
2.2.3 挠曲变形模拟器 13
2.2.4 惯性器件模拟器 14
2.2.5 捷联惯性导航系统模拟器 17
2.2.6 杆臂效应模拟器 24
2.3 仿真分析 25
2.4 小结 28
第3章 传递对准滤波算法及可观测度计算 29
3.1 卡尔曼滤波原理 29
3.1.1 连续系统的卡尔曼滤波 30
3.1.2 离散系统的卡尔曼滤波 30
3.1.3 连续卡尔曼滤波方程的离散化处理 32
3.2 离散型非线性扩展卡尔曼滤波 33
3.3 无迹卡尔曼滤波 35
3.4 容积卡尔曼滤波 37
3.4.1 球形径向容积准则 38
3.4.2 容积卡尔曼滤波算法 38
3.4.3 仿真分析 39
3.5 可观测性分析理论 42
3.6 可观测度计算及其改进方法 42
3.7 小结 46
第4章 惯性导航系统经典传递对准 47
4.1 基本公式说明 47
4.1.1 姿态误差的定义 48
4.1.2 方向余弦矩阵的微分方程 49
4.1.3 四元数微分方程 50
4.1.4 四元数和方向余弦矩阵的转换关系 50
4.2 经典传递对准误差模型 51
4.2.1 姿态误差模型 51
4.2.2 速度误差模型 52
4.2.3 位置误差模型 54
4.2.4 惯性器件误差模型 54
4.3 经典对准的滤波器设计 55
4.3.1 系统状态模型 55
4.3.2 速度误差量测模型 55
4.3.3 位置误差量测模型 55
4.4 经典对准的可观测性研究及仿真分析 56
4.4.1 经典对准仿真系统设计 56
4.4.2 位置误差量测时的经典对准 56
4.4.3 速度误差量测时的经典对准 58
4.5 经典传递对准影响因素分析 59
4.5.1 海浪对初始对准的影响 59
4.5.2 航行速度变化对初始对准的影响 62
4.5.3 杆臂误差对初始对准的影响 63
4.6 大方位失准角时的经典传递对准 64
4.6.1 大方位失准角经典传递对准非线性误差模型 64
4.6.2 大方位失准角时的经典对准仿真分析 65
4.7 小结 66
第5章 线性快速传递对准 67
5.1 快速传递对准的线性误差模型 67
5.1.1 坐标系定义和四元数相关理论 67
5.1.2 计算姿态误差模型 69
5.1.3 真实姿态误差模型 71
5.1.4 速度误差模型 71
5.2 “速度+姿态”匹配快速传递对准研究 72
5.2.1 “速度+姿态”匹配量测模型及滤波器设计 72
5.2.2 系统可观测性分析及可观测度计算 73
5.2.3 “速度+姿态”匹配快速传递对准仿真分析 74
5.3 “速度+角速度”匹配快速传递对准研究 75
5.3.1 “速度+角速度”匹配量测模型及滤波器设计 76
5.3.2 系统可观测性分析及可观测度计算 77
5.3.3 “速度+角速度”匹配快速传递对准仿真分析 78
5.4 “速度+部分角速度”匹配快速传递对准研究 80
5.4.1 舰船挠曲变形对失准角估计精度的影响分析 80
5.4.2 “速度+部分角速度”匹配模型及可观测性分析 82
5.4.3 “速度+部分角速度”匹配快速传递对准仿真分析 84
5.5 小结 85
第6章 快速传递对准精度影响因素分析 86
6.1 海浪对快速传递对准的影响分析 86
6.2 航行速度对快速传递对准的影响分析 89
6.3 杆臂误差对快速传递对准的影响分析 91
6.4 挠曲变形对快速传递对准的影响分析 93
6.5 小结 95
第7章 非线性快速传递对准 96
7.1 捷联惯性导航系统快速传递对准的非线性误差模型 96
7.1.1 基于四元数的真实姿态误差模型 96
7.1.2 基于四元数的计算姿态误差模型 97
7.1.3 基于四元数的速度误差模型 98
7.2 非线性模型与线性模型的关系 99
7.3 “速度+四元数”匹配非线性快速传递对准滤波器设计及仿真分析 100
7.3.1 系统状态、系统模型及量测模型 101
7.3.2 仿真分析 101
7.4 两种误差模型级联的二次快速传递对准 103
7.4.1 二次快速传递对准方法设计 103
7.4.2 二次快速传递对准仿真分析 104
7.5 基于伪量测的非线性快速传递对准 105
7.5.1 基于伪量测的非线性快速传递对准模型 106
7.5.2 可观测性分析 108
7.5.3 仿真分析 110
7.6 小结 111
第8章 传递信息不确定时的快速传递对准 112
8.1 时间延迟时的快速传递对准 112
8.1.1 传递对准中时间延迟分析 112
8.1.2 基于姿态矩阵预测的时间延迟误差补偿方案 113
8.1.3 时间延迟误差补偿方案仿真分析 114
8.2 随机丢包时的快速传递对准 116
8.2.1 量测参数丢包问题模型 116
8.2.2 量测丢包的估计算法 119
8.2.3 次优传递对准估计器 131
8.2.4 仿真分析 133
8.3 小结 137
第9章 基于快速传递对准模型的舰船甲板变形实时估计 138
9.1 舰船甲板变形估计的卡尔曼滤波器设计 138
9.1.1 系统模型 138
9.1.2 量测模型 139
9.1.3 卡尔曼滤波器 141
9.2 舰船甲板变形估计算法的可观测性分析 141
9.2.1 可观测性分析 141
9.2.2 基于可观测度的奇异值分解 142
9.2.3 舰船甲板变形估计算法的可观测度 143
9.3 仿真分析 144
9.4 小结 147
附录 关于四元数表示旋转的说明 148
参考文献 150