天文-捷联-多普勒组合导航技术提升舰船导航精度

"捷联/天文/多普勒组合导航技术在舰船导航中的应用 (2014年)" 这篇论文主要探讨了在舰船导航中，如何通过捷联惯性导航系统、天文导航系统和多普勒导航系统的组合来提升导航精度和可靠性。舰船导航在特殊应用场合，特别是浅水区域，需要高精度且隐蔽的导航技术。传统的导航方法如电磁波导航可能因易被监测而不适用于隐蔽航行。 首先，文章分析了捷联惯性导航系统的原理。捷联惯性导航系统（ Strapdown Inertial Navigation System, SINS）基于牛顿第二定律，通过测量载体的加速度和姿态角，经过积分计算得出位置、速度和姿态信息。然而，由于漂移误差，长时间运行后精度会逐渐降低。 其次，天文导航系统利用天体的位置来确定舰船的地理位置，它提供了无源、全球覆盖且几乎不受干扰的定位数据。天文导航系统包括对太阳、月亮、星星等天体的观测，可以提供准确的纬度和经度信息。 再者，多普勒导航系统，特别是多普勒速度声纳（Doppler Velocity Log, DVL），能够测量舰船相对于水底的速度，提供精确的运动参数，特别是在水下导航时特别有用。 论文中，作者建立了组合导航系统的信息融合状态方程和量测方程，通过模糊自适应Kalman滤波器（Fuzzy Adaptive Kalman Filter, FAKF）进行数据融合。FAKF能够自适应地调整滤波器参数，以应对系统不确定性，从而提高滤波性能。实验结果表明，这种融合方法能快速收敛，具有良好的容错能力，对于纠正捷联导航系统的漂移误差和增强整体导航系统的稳定性非常有效。 此外，该研究还得到了多项科研项目的资助，包括国家级大学生创新创业训练计划、江苏省气象探测与信息处理重点实验室开放课题、江苏省中小企业气象传感器产业公共技术服务平台开放课题、南京信息工程大学教改项目以及实验室开放项目等。这体现了该领域研究的重要性和实际应用价值。 总结起来，这篇论文展示了在舰船导航中，通过捷联惯性导航、天文导航和多普勒导航的组合，结合模糊自适应Kalman滤波器，可以实现高精度和高可靠性的导航效果，尤其适用于需要隐蔽和高精度的水面舰船导航任务。