无人水下运载器(AUV)既可以应用于海洋资源开发利用、海底管道敷设等海洋研究领域,也必将影响未来战争的水下作战模式。本课题拟探讨AUV导航系统的核心部件- - 捷联式惯导系统(SINS)的监控机理和实现方案,在SINS结构中增加监控平台,将陀螺漂移加以调制,最终通过系统予以滤除,从原理上探索解决SINS定位误差随时间积累的问题;构建全监控SINS的理论体系和数学分析描述方法,并进行全监控捷联式惯导系统的误差分析,为实现捷联式惯导系统陀螺漂移的自动补偿奠定基础;同时,本课题拟深入研究在动态海浪摇摆且没有主惯导(或姿态基准)情况下的SINS动基座初始对准技术,解决长期以来制约捷联式惯导系统在船舶领域应用的关键问题;构建原理性仿真验证系统,对本课题的研究内容和各项关键技术进行验证。通过该课题的研究,为捷联式惯导系统在无人水下运载器乃至整个船舶领域的应用奠定理论和技术基础。
监控技术作为提高惯导系统精度的一项关键技术,已经在平台式惯导系统中得到应用。本研究项目以平台惯导监控技术为借鉴,研究无人水下运载器捷联惯导监控技术的研究,同时开展了另一项关键技术-初始对准技术的研究工作。本文以平台惯导系统的研究积累经验为基础,首先提出了具有对准功能的四阶罗经回路陀螺测漂算法,用于保障惯导系统初始条件;之后完成了平台惯导系统陀螺壳体旋转监控方案的设计和实现。借鉴平台惯导监控思想,提出了带旋转框架的捷联惯导系统监控方法,研究了系统实现框架、旋转方案和误差特性,确定了采用捷联监控方案的研究结论,并以光纤陀螺和石英挠性加速度计完成了原理性试验验证系统的设计与实现。最后,提出了具有抗干扰能力的自对准回路和基于"速度+姿态"匹配的传递对准方案。研究结果表明带监控的捷联式惯导系统较之传统的捷联惯导系统具有更高的精度,其实现难度大大低于提高惯性器件精度的难度,但还需要就旋转监控技术的实现作进一步深入研究。具有抗干扰能力的自对准回路和基于"速度+姿态"匹配的传递对准方案,可以有力解决潜器捷联惯导系统在各种条件(有、无外部基准信息)下的初始对准问题。