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摘要在现代海战中需要潜艇既具备远程反舰与反潜作战能力 又具备

发布时间:2019-07-25 19:32 来源:未知 编辑:admin

  摘要在现代海战中需要潜艇既具备远程反舰与反潜作战能力 又具备对陆上目标进行攻击的能力 这就要求潜艇上的导弹具有精确打击和快速反应能力。为解决这一工程问题 需要对潜艇上弹载惯导系统进行动基座对准技术研究。由于潜艇所处环境条件复杂 以及导弹控制系统对弹载惯导系统有较高的精度要求 使潜艇上弹载惯导系统的动

  摘要在现代海战中需要潜艇既具备远程反舰与反潜作战能力 又具备对陆上目标进行攻击的能力 这就要求潜艇上的导弹具有精确打击和快速反应能力。为解决这一工程问题 需要对潜艇上弹载惯导系统进行动基座对准技术研究。由于潜艇所处环境条件复杂 以及导弹控制系统对弹载惯导系统有较高的精度要求 使潜艇上弹载惯导系统的动基座对准问题变得复杂、困难。本文根据潜艇所处环境的特点 提出了艇上弹载惯导系统的“速度” 。方位角”动基座传递对准方案 论文围绕该方案 进行了如下几个方面的研究 对平台式惯导系统进行了分析和研究。论文定义了导航中常用的几种坐标系 并阐述了各坐标系之间的转换关系 然后介绍了平台式惯导系统的工作原理 重点分析了三轴陀螺稳定平台在几何稳定状态下和空间积分状态下的工作原理 分析了三轴陀螺稳定平台稳定回路的耦合与解耦 最后分析了惯性传感器的误差特性。 深入研究并建立了平台式惯导系统动基座传递对准的数学模型。详细阐述了卡尔曼滤波原理 并在此基础上给出了自适应卡尔曼滤波算法 论文从分析动基座的条件入手 基于惯导系统的基本方程 推导并建立了平台式惯导系统动基座传递对准的自适应卡尔曼滤波模型 提出了适用于潜艇上的弹载平台式惯导系统 通道 个状态变量传递对准数学模型。 对平台式惯导系统动基座传递对准的可观测性进行了详细的分析和研究。论文采用了 分段定常系统 可观测性分析理论和方法分析了潜艇各种机动特性对平台式惯导系统动基座传递对准可观测性的影响 得出了相关结论 为传递对准最佳机动方案的设计提供了理论依据。 论文采用协方差分析法对平台式惯导系统在各种动基座下的传递对准进行了自适应卡尔曼滤波仿真研究。仿真结果验证了“速度” “方位角”动基座传递对准方案的可行性 也验证了平台式惯导系统动基座传递对准的可观测性结果。本文的研究为平台式惯导系统动基座传递对准 尤其是海态状态下的传递对准提供了理论依据 对实际工程应用具有一定的参考价值。关键词平台式惯导系统 动基座传递对准 可观测性分析 自适应卡尔曼滤波 本人声明本人郑重声明所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名 日期关于学位论文使用授权的声明本人完全了解中国航天第二研究院有关保留、使用学位论文的规定 同意中国航天第二研究院保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权中国航天第二研究院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 导师签名枇日期 辛绪论第章绪论 课题背景及意义在现代海战中 潜艇作战的隐蔽性强 机动范围大 不易暴露行迹 可以给敌人以防不胜防的毁灭性打击 所以导弹开始由水面舰艇发射转向由水下潜艇发射。显然 潜艇导弹打击精度和快速反应能力是克敌制胜的关键技术 而潜艇上弹载惯导系统 平台式或捷联式 的精度和快速性对其将起决定作用。但是惯导系统加电启动后 平台的三轴指向是任意的 既可不在水平面内 又没有确定的方位 因此在系统进入导航工作状态前 必须将平台的指向对准 即进行惯导系统的初始对准。初始对准的精度影响惯导系统的性能 初始对准的时间标志着惯导系统的快速反应能力。因此 初始对准一直被看作是惯导系统最重要的关键技术之一 近年来成为国内外学者研究的热点“ 。潜艇发射导弹时 艇在水下处于运动状态 由于螺旋桨转速不匀 艇将沿纵向有速度的变化 加速或减速 由于在水下受海流、涌等作用 艇也产生纵向、横向、升沉等加速度 总之由于以上原因 艇存在着线加速度 同时受海流、涌等作用 艇也存在着绕自身三个轴的摇摆运动 因为导弹上的惯导系统到艇的摇摆中心存在一定的距离 因而使导弹上的惯导系统处存在着由艇的摇摆而产生的加速度 这些因素使导弹上的惯导系统处于动基座条件下。因此 惯导系统在动基座条件下如何提高对准的精度和快速性成为潜艇导弹发射中的关键技术。根据对准过程中使用参考基准信息的不同 初始对准可分为自对准、传递对准和空中对准方法乜 。本课题中 由于潜艇所处环境恶劣而造成潜艇运动情况复杂 使艇上的弹载惯导系统采用自对准很难满足对准时间及精度的要求 考虑到艇载平台式惯导系统的精度一般比艇上的弹载惯导系统精度高 因此 将艇载平台式惯导系统作为主惯导 弹载平台式惯导系统作为子惯导 采用传递对准的方式对弹载平台式惯导系统进行对准 这样可以有效地提高对准精度 极大地缩短对准中国航天第二研究院工学硕士学位论文时间 从而有效地提高导弹的命中率和潜艇的生存能力。所以 论文中使用动基座传递对准技术来实现弹载平台式惯导系统的对准。本论文的研究 为平台式惯导系统动基座传递对准 尤其是海态状态下的传递对准提供了理论依据 对我所某型号弹载平台式惯导系统动基座对准的工程应用具有一定的参考价值。 动基座传递对准技术概述传递对准是指载体航行时 载体上需要对准的子惯导 利用己对准好的主惯导 上的多种信息进行对准的一种方法。子惯导未对准以前 平台 或数学平台 失准角对惯导各种性能参数都产生误差影响。因此 主、子惯导之间各种性能参数的差值都能不同程度的反映主子惯导失准角的大小。利用这些差值 能进行传递对准。例如 可以利用主、子惯导计算速度分量的差值进行对准 这种方法称为速度匹配 类似 还有加速度匹配、位置匹配、姿态匹配和角速度匹配。这些方法可以单独使用 也可以相互配合使用。上述各种传递对准匹配方法可以分为两大类 分别称为计算参数匹配法和测量参数匹配法。速度和位置是惯导计算的两种导航参数 故速度匹配和位置匹配可属计算参数匹配法 加速度和角速度是惯性元件所测量的参数 故加速度匹配和角速度匹配可属测量参数匹配法 姿态匹配利用惯导测量的姿态角信息进行对准 也可属测量参数匹配法。 国内外动基座传递对准技术发展动态国外动基座传递对准技术比我国要成熟得多 并获得了成功的应用。如美国的“哈姆”空地反导弹、“捕鲸叉”空舰导弹、。 洲”近距离空地导弹、 英国的。海鹰”空舰导弹前苏联的“厨房”空地导弹、“王鱼”空地反辐射导弹 以及德国和挪威联合研制的。企鹅”空舰导弹等都应用了传递对准技术。下面分第 辛绪论别介绍国内与国外动基座传递对准技术研究状况。 国内动基座传递对准技术研究状况国内关于动基座传递对准的研究比较晚 最早开始从事这方面研究的单位是航天三十三所 进行了大量实验经不断改进 在某空射反舰导弹上得到了实际应用。同时对空射导弹的方位对准问题进行了深入研究 结果表明 方位对准精度对制导误差的影响 空射导弹与舰射、地射导弹有很大不同乜“。之后 三十三所又开展了对舰载飞航导弹动基座对准的研究 其特点是采用了局部对准方案与。速度” “姿态角”匹配技术 并成功应用于某舰载导弹上 此外 航空导弹与空射运载火箭等型号都在积极开展动基座传递对准技术的研究 目前成为热点。国内有关院校如北航、南航、西工大、东南大学等先后发表了不少有关动基座传递对准的论文 反映了他们的研究成果口“”” 国外动基座传递对准技术研究状况传递对准的匹配方法在理论上 可以利用运载体上的主惯导和载体上的 子惯导的多种参数进行匹配实现传递对准。例如 速度匹配、加速度匹配、位置匹配、姿态匹配、角速率匹配法、积分角速率匹配法等 或者它们相互配合使用。一般来说 测量参数法由于方法直接 其快速性优于计算参数法 但载体结构挠曲运动比计算参数法要敏感 即在同等条件下 其精度低于计算参数法。文献 所用的传递对准方法是“速度” 。姿态”匹配法。“速度” “姿态”匹配法是为实现快速对准而最常使用的一种方法 它克服了传统速度匹配法的缺陷 载机只要做摆动机翼的机动飞行即可实现传递对准 而不需要做以往的 形机动飞行 从而大大缩短了对准时间 极大地提高了惯导系统的反应速度。 使用实际的飞行实验数据研究了在更新频率为 速度匹配、积分速度匹配和双积分速度匹配的性能。踏“町使用“速度” 。角中国航天第二研究院工学硕士学位论文速率”匹配法进行快速传递对准。该方法与“速度” “姿态”匹配法一样都能缩短对准时间 但对振动噪声的敏感性要比“速度” “姿态”匹配法大。 提高对准精度的方法提高对准精度的途径有 基于统计方法对结构挠曲运动进行补偿 在建模时 考虑到测量时间的延迟因素 利用积分或双积分速度匹配、位置匹配对噪声不敏感的特性来减小对准误差 组成组合导航系统机动运动方案的选取 提高滤波数据更新频率等。对武器运载体的结构挠性变形进行建模是极其困难的工作 近几年大多数研究 。“”将结构挠曲运动视为 过程 并将有关的变量纳入卡尔曼滤波状态变量之中 但这样又增加了卡尔曼滤波的计算量 影响了传递对准的快速性 因此在具体应用时 又采取其它方法加以补偿。 过程并以此为基础构造真实的模型。 嘲工作的基础上进一步将机翼挠曲运动分解为准静态挠曲和高频挠曲两种模态 其高频挠曲模态的描述与补偿借鉴了 的研究成果同时将准静态挠曲模态也视为三阶 过程 但选择了一个随着机动运动而减小的时间常数 用以逼近机翼在机动运动中的真实挠曲过程。 针对舰船挠曲运动的特点 认为挠曲运动的 轴分量 将其视为二阶 过程对方位角的误差估计影响较大 而其它两轴 相对较小可以忽略不计 进而将与挠曲运动 轴分量紧密相关的状态变量和量测变量删除 并提出了称之为“ 部分匹配”的方法。 幻针对舰载导弹的传递对准分析了传递时间延迟对速度测量和姿态测量的影响认为传递时间延迟对姿态测量的影响较大。在此基础上 将传递时间延迟变量纳入卡尔曼滤波器的状态变量之中 建立了包括时间延迟误差在内的传递对准模型。 在文献 基础上采用了三乙滤波器。仿真结果表明 利用风滤波器对传递时间延迟引起的误差进行补偿 方位角误差可减小第 章绪论到未补偿时的 “”的研究结果表明积分速度匹配可以减小随机噪声 但将引起较大的误差超调量。 研究了将 接收机和惯导系统组合起来用于空中传递对准的滤波方法。’为解决快速传递对准高速测量及数据处理问题 在卡尔曼滤波器之前增加了一个“前置滤波器”。 ’使用一个“外部滤波器”与“内部滤波器”串联用以提高 组合导航系统的对准精度 并指出最佳数据更新频率为 。通常机动运动的方案与所采用的匹配方法有关。对于空中传递对准 当采用速度匹配方法时 使用的典型机动运动是 形机动飞行 当采用“速度” “姿态”匹配方法时 使用的机动运动是机翼摇摆运动。 研究了纵向加速机动在增加方位失准角的可观测性方面是否优于侧向加速机动的问题。盯研究了在机动飞行中 机动加速度符号变化对传递对准的影响 指出对于平面空中对准 纵向加速度改变符号将会增加对准时间 型机动飞行的对准时间将比环型机动飞行要长。仿真研究和实验手段在传递对准中 除了对线性化方程直接进行仿真研究之外 很多重要课题还使用蒙特一卡罗 非线性仿真加以研究 除仿真外也利用实际飞行数据进行研究。 等飞机对的传递对准性能进行了实验。 。为满足全天候自主导航的需要 配备了 组合导航系统。需要开展的研究工作 数字低通滤波器的设计数字低通滤波器的主要功能是消除载体高频挠曲运动的影响。一般认为载体

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