慣性導航系統快速傳遞對準技術

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《慣性導航系統快速傳遞對準技術》，戴洪德 等 著，出版社： 科學出版社。

科學出版社是中國最大的綜合性科技出版機構，由前中國科學院編譯局與1930年代創建的有較大影響的龍門聯合書局合併而來。科學出版社比鄰皇城根遺址公園，是一個歷史悠久、力量雄厚，以出版學術書刊為主的開放式出版社。

目錄

內容簡介

慣性導航系統動基座條件下的初始對準通常採用傳遞對準的方式進行，傳遞對準能夠充分利用基座上主慣導的信息，快速高效地完成子慣導的初始對準任務。《慣性導航系統快速傳遞對準技術》圍繞快速傳遞對準技術，首先簡單介紹了傳遞對準濾波算法，經典傳遞對準的誤差模型、匹配方法、誤差分析等；其次介紹了線性快速傳遞對準的誤差模型、匹配方法、可觀測性分析、影響因素分析等；再次分別針對大失准角時基於四元數的非線性快速傳遞對準、傳遞信息延遲、傳遞信息隨機丟失等問題展開介紹；*後介紹了快速傳遞對準模型在大型艦船甲板變形估計中的應用。

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前言

第1章 緒論 1

1.1 慣性導航系統初始對準 1

1.2 慣性導航系統傳遞對準 2

1.3 慣性導航系統初始對準研究進展 3

1.4 本書內容框架 7

第2章 捷聯慣性導航系統傳遞對準仿真系統設計 8

2.1 捷聯慣性導航系統動基座傳遞對準的結構 8

2.2 仿真系統各模塊的設計 10

2.2.1 仿真系統的結構 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 捷聯慣性導航系統模擬器 17

2.2.6 杆臂效應模擬器 24

2.3 仿真分析 25

2.4 小結 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 連續系統的卡爾曼濾波 30

3.1.2 離散系統的卡爾曼濾波 30

3.1.3 連續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 46

第4章 慣性導航系統經典傳遞對準 47

4.1 基本公式說明 47

4.1.1 姿態誤差的定義 48

4.1.2 方向餘弦矩陣的微分方程 49

4.1.3 四元數微分方程 50

4.1.4 四元數和方向餘弦矩陣的轉換關係 50

4.2 經典傳遞對準誤差模型 51

4.2.1 姿態誤差模型 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 經典對準的濾波器設計 55

4.3.1 系統狀態模型 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 經典對準的可觀測性研究及仿真分析 56

4.4.1 經典對準仿真系統設計 56

4.4.2 位置誤差量測時的經典對準 56

4.4.3 速度誤差量測時的經典對準 58

4.5 經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 杆臂誤差對初始對準的影響 63

4.6 大方位失准角時的經典傳遞對準 64

4.6.1 大方位失准角經典傳遞對準非線性誤差模型 64

4.6.2 大方位失准角時的經典對準仿真分析 65

4.7 小結 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相關理論 67

5.1.2 計算姿態誤差模型 69

5.1.3 真實姿態誤差模型 71

5.1.4 速度誤差模型 71

5.2 「速度+姿態」匹配快速傳遞對準研究 72

5.2.1 「速度+姿態」匹配量測模型及濾波器設計 72

5.2.2 系統可觀測性分析及可觀測度計算 73

5.2.3 「速度+姿態」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計 76

5.3.2 系統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 艦船撓曲變形對失准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 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 杆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 95

第7章 非線性快速傳遞對準 96

7.1 捷聯慣性導航系統快速傳遞對準的非線性誤差模型 96

7.1.1 基於四元數的真實姿態誤差模型 96

7.1.2 基於四元數的計算姿態誤差模型 97

7.1.3 基於四元數的速度誤差模型 98

7.2 非線性模型與線性模型的關係 99

7.3 「速度+四元數」匹配非線性快速傳遞對準濾波器設計及仿真分析 100

7.3.1 系統狀態、系統模型及量測模型 101

7.3.2 仿真分析 101

7.4 兩種誤差模型級聯的二次快速傳遞對準 103

7.4.1 二次快速傳遞對準方法設計 103

7.4.2 二次快速傳遞對準仿真分析 104

7.5 基於偽量測的非線性快速傳遞對準 105

7.5.1 基於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 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 基於姿態矩陣預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 次優傳遞對準估計器 131

8.2.4 仿真分析 133

8.3 小結 137

第9章 基於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計 138

9.1.1 系統模型 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 基於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 147

附錄 關於四元數表示旋轉的說明 148

參考文獻 150