● 摘要
随着我国对海洋资源的逐渐重视以及对其高效勘探和开发的国家迫切需求，对探测器在水下长时间自主运行和管理能力提出了更高的要求，特别对其如何实现长时间、高精度的自主导航面临更严峻的挑战。姿态信息是水下航行器航行过程中所需要的最基本导航参数之一。陀螺仪是最常用的姿态传感器，原子自旋陀螺仪作为新一代陀螺仪的发展方向，其应用可以大大提高姿态确定系统的精度，但是单用原子自旋陀螺仪进行姿态解算存在漂移误差且误差会随时间积累。由于水下磁场信息比较均匀且抗干扰性强，所以可以通过原子自旋陀螺仪和原子磁强计组合实现高精度的姿态测量。本论文以水下导航为背景，对基于原子自旋陀螺仪/磁强计的高精度组合定姿方法进行了深入、系统的研究。具体研究内容如下：
首先，针对原子自旋陀螺仪的随机漂移误差，研究了包括温度、光强、磁场等多种因素综合对原子自旋陀螺仪的随机漂移误差的影响。通过研究时间序列、遗传规划、遗传算法等建模方法，提出了一种基于时间序列、遗传规划和遗传算法的混合建模方法，提高了原子自旋陀螺仪的性能。
其次，针对原子自旋陀螺仪误差随时间积累的问题，研究了基于原子自旋陀螺仪/磁强计的组合定姿方法。在传统KF、EKF、UKF、UPF等组合定姿滤波方法的基础上提出了一种基于原子自旋陀螺仪/磁强计的改进遗传UPF滤波方法。仿真结果表明，该方法不仅提高了传统遗传UPF的实时性，而且提高了组合定姿精度。
最后，基于原子自旋陀螺仪随机漂移误差建模研究和原子自旋陀螺仪/磁强计组合定姿滤波算法研究的相关工作，对以上建立的模型及提出的组合定姿滤波方法进行了半物理仿真验证。结果表明，提出的原子自旋陀螺仪随机漂移误差模型及基于原子自旋陀螺仪/磁强计组合定姿滤波算法有效提高了组合定姿的精度，为我国水下长时间、高精度导航提供了重要的理论和方法支撑。
本文研究成果可为我国基于原子自旋陀螺仪/磁强计的高精度组合定姿方法研究提供参考。