刘常波 刘 培 丁风雷

（海军潜艇学院作战指挥系1） 青岛 266071）（海军潜艇学院研究生队2） 青岛 266071）

1 引言

潜器的自动控制，多是采用基于反馈构成的闭环结构，这种结构对内部参数变动和外部环境影响都有良好的抑制作用。反馈的基本类型包括“状态反馈”和“输出反馈”，状态反馈可以完整的反馈系统的结构信息，在性能上也远优于输出反馈。

但某些状态变量在系统中不可测量，需要引入附加的状态观测器。潜器的运动方程是非线性微分方程，经典的卡尔曼滤波只能处理线性方程，通过对潜器运动方程线性化，建立相应的状态观测器，给出状态变量的估计值。

在弱机动时潜器的运动可以分解成垂直面运动和水平面运动，本文以航速稳定的垂直面运动方程为例，设计其状态观测器，并根据某一给出水动力系数的深潜器，建立模型，给出仿真结果。

2 潜器垂直面运动方程及其线性化

考虑潜器的垂直面运动，假定航速近似稳定，对潜器六自由度方程简化，建立运动方程如式（1）所示，取潜器的重心为坐标原点。

方程组（1）是简化的垂直面潜器运动方程，将其看作一个系统的状态方程，状态变量为垂向速度w，纵倾角速度q，纵倾角θ，深度ζ。纵倾角θ和深度ζ可由仪器直接测量，为系统输出。在一定航速u下，系统的输入是首升降舵角δb和尾升降舵角δs。状态w和q，不能直接测量，是需要估计的量。理论上对输出的纵倾角θ和深度ζ求导可以得出w和q，但潜器上的深度计和纵倾仪精度有限，对其求导不能得到较为精确的W和q，可以用卡尔曼滤波建立相应的状态观测器估计w和q。……