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】系统状态转移矩阵和系统噪声矩阵 形式如下 表示姿态用于将陀螺

归档日期:06-26       文本归类:舰船地理坐标      文章编辑:爱尚语录

  】系统状态转移矩阵和系统噪声矩阵 形式如下 表示姿态矩阵用于将陀螺漂移由载体坐标系转移导地理坐标系 表示多普勒计程仪误差反相关矩阵。、量测方程 解算速度和测量速度之差作为观测量 得系统量测方程 。川髟表示考虑偏流角的航迹向。、多普勒计程仪和捷联惯导系统相结合的卡尔曼滤波器 上式离散化后构成多普勒计程

  】系统状态转移矩阵和系统噪声矩阵 形式如下 表示姿态矩阵用于将陀螺漂移由载体坐标系转移导地理坐标系 表示多普勒计程仪误差反相关矩阵。、量测方程 解算速度和测量速度之差作为观测量 得系统量测方程 。川髟表示考虑偏流角的航迹向。、多普勒计程仪和捷联惯导系统相结合的卡尔曼滤波器 上式离散化后构成多普勒计程仪和捷联惯导系统相结合的卡尔曼滤波器 维模型进行仿真。输出校正利用导航参数误差估计值直接校正系统输出的姿态角信息滤波器估计状态是未校正的姿态角误差 其滤波方程是离散卡尔曼滤波方 ‰哈尔滨程大学硕士学位论文程 即开环卡尔曼滤波器 方案示意图如下所示 输出校正示意图卡尔曼滤波仿真初始条件为了有利于估计所设计系统的使用价值 模拟中等精度的测量元件陀螺仪、加速度计和多普勒计程仪 所选择测量元件的指标和导航参数初始误差如下 参数数值初始位置 经度、纬度 。初始速度北向、东向 初始位置误差 。初始速度误差万圪万初始姿态误差角吮 速度偏移误差万圪偏流角误差融 ’刻度系数误差 卡尔曼滤波器的初始值选择如下 卡尔曼滤波仿真结果模拟航向 东北天坐标系的东北向东向、北向速度都为 时间小时 一一——、时间 卡尔曼滤波估计姿态角误差仿真曲线哈尔滨工程大学硕十学位论文时间 可以很清楚的看出采用输出校正姿态角误差最终趋于零从而可以得到准确的姿态角信息 进而可以提高航行状态下舰船瞬时线运动参数的测量精度。 利用准确的速度信息提高测量系统性能 舰船航行速度和瞬时线运动之间的关系由前面分析可知 舰船在航行状态下 系统测得的瞬时线运动频率不再是波浪本身的角频率 而是遭遇角频率 眈遭遇角频率、允分别为为波浪的波速和波长 是舰船航行速度 为波浪传播方向与舰船航行方向的夹角。由于 其中为地球重力加速度 为波浪真实角频率 则上式可以写成 由于海浪的瞬时线运动可以被认为是一个平稳随机过程则经过线性运算后的舰船瞬时线运动也是一个平稳随机过程 并且此运动结果不仅和海浪的真实频率有关 还和 章舰船航行状态下瞬时线运动测量系统船速及船与浪之间的遭遇角有关我们已知的海浪瞬时线运动情况能量主要集中在 的周期范围之内则若能得到较为准确的航速信息和遭遇角信息 我们就可以知道此时的舰船瞬时线运动的频率特点 并根据功率谱分析得到的信息判断出舰船瞬时线运动情况。这不仅对仿真的模型具有一定的理论指导作用 同时也对真实实验情况所得的数据分析有很好的指导意义。所以 准确的航行速度信息对舰船瞬时线运动系统性能方面的提高具有很重要的作用。 多普勒计程仪和捷联惯导结合提高测速精度鉴于上面的分析 如何提高测速精度是一个需要研究的问题。就单纯的惯导系统来说 由于陀螺漂移和加速度零位误差等误差因素的存在 使得惯导系统的测速精度并不十分理想。由于四波束多普勒计程仪在单独使用时也有一定的测速误差睁 从频率的角度讲 无论是舰船的真实速度还是速度误差都存在着高频和低频分量 定义如下 捷联惯导输出水平速度信息为 多普勒计程仪测速误差的低频分量所以速度信息的低频分量为 其中匕为高通滤波器 剪切频率和海浪频率有关。【 厂由于多普勒计程仪测低频速度信息比较准确 所以如眦 同样捷联惯导系统测高频速度信息比较准确 所以最蝴 从而可以提取到精度比较高的速度信息矿 哈尔滨程大学硕士学位论文眠吨“‰‰ 本章小结与系泊状态不同 舰船航行时瞬时线运动情况比较复杂 本章在前一章基础之上 采用不同的滤波器设计方法对舰船航行状态时的瞬时线运动进行提取 并且提出了利用卡尔曼滤波算法对姿态角输出校正 此外分析了舰船航行速度和瞬时线速度之间的关系 并给出多普勒计程仪和捷联惯导相结合提高测量精度的方案。第 章舰船瞬时线运动测黾系统仿真与实验第 章舰船瞬时线运动测量系统仿真与试验本章中 结合前文所阐述的舰船瞬时线运动惯性测量方法的整体思路 先通过计算机仿真的手段验证方法是否可行。并进一步通过实验室试验的手段验证。 舰船瞬时线运动测量系统仿真结果及分析舰船无论在系泊时还是在航行时 其瞬时线运动情况主要取决于海浪情况 在系泊状态下 其瞬时线运动模型可以认为和海浪模型一致 而在航行状态时 其瞬时线运动模型在设计时还要考虑舰船的操纵信息 海浪是一个平稳随机过程 但是其能量主要集中在 的平均周期范围内 可以认为是在此范围之内的一个高斯窄带 在理论仿真中可以看做是一些相关周期项的叠加。除此之外 在仿真模型中还要考虑舒勒周期。以下为相关仿真结果。 舰船系泊状态下仿真结果首先通过仿真研究舰船系泊状态下舰船瞬时线运动信息的提取 从而验证带通数字滤波器引入的作用。给定海浪模型为有义波高扛旧 平均周期互 对于加速度计得到的加速度进行一次积分后 仿真结果如下 时间小时 时间小时 三轴向未滤波速度输出哈尔滨工程大学硕士学位论文从仿真的结果来看正如之前分析的结论 因为受到舒勒振荡周期以及高度通道发散的影响 加速度信息经一次积分成发散状 进一步证实了引入滤波器的重要性。将三轴向速度信息引入 所设计的 带通滤波器后 则三个轴向的速度输出曲线如下 三轴向滤波后速度输出从上图可以看出经过滤波处理 三轴向输出的速度信息 已经被滤除了高通发散信息和舒勒振荡信息 余下的信息即为舰船瞬时线运动的速度输出值。再经过一次积分就可以得到仿真条件下舰船瞬时线运动的输出值。如下图所示 三轴向舰船瞬时线运动仿真输出第章舰船瞬时线运动测量系统仿真与实验 三轴向舰船瞬时线运动仿真输出局部放大图通过局部放大图可以看出滤波器会有一段时间的延迟 经过延迟后开始发挥作用 能很好的滤出舰船瞬时线运动信息。对舰船瞬时线运动经过测量系统后的信息进行功率谱分析 频率 滤波后的信息功率谱分析滤波后得到的舰船瞬时线运动信息在一个窄带范围之内并被完整滤出。通过仿真分析证明所设计的舰船瞬时线运动参数测量方法在系泊状态下的可行性。带通滤波器可以滤出舰船瞬时线运动信息。 哈尔滨 程大学硕士学位论文 舰船航行状态下仿真结果舰船在航行状态下 由于加速度计感受到的瞬时线运动和航速有着很大关系 所以此时在设计仿真模型的时候 需要将航速加入到考虑范围之内。即公式 给定海浪模型为有义波高啊平均周期五 给定舰船运动模型 航速 假设舰船和海浪正遭遇 浪作用到舰船的瞬时线运动信息为 时间小时 时间小时 三轴向未滤波速度输出将三轴向速度信息引入所设计的 高通滤波器后 则三个轴向的速度输出曲线如下

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