飛行器慣性-地磁-天文組合導航系統(tǒng)研究.pdf

1、組合導航系統(tǒng)整合了不同的導航方式，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高導航系統(tǒng)的精度和可靠性，已成為現(xiàn)代飛行器自主導航的重要手段，在軍事和民用領(lǐng)域廣泛應用。
　　本文分析了慣性導航、地磁導航、天文導航的各自特點，對慣性/地磁/天文組合導航系統(tǒng)在飛行器自主導航領(lǐng)域中應用的理論和技術(shù)問題進行了深入研究。研究工作主要集中在以下幾個方面：
　　1)采用克里金插值方法構(gòu)建出基準地磁圖，該方法構(gòu)建的地磁圖具有較高的精度，可以準確反映構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的地磁場信息

2、，為進一步研究地磁導航技術(shù)提供了基礎(chǔ)。通過分析相關(guān)算法在地磁場平緩區(qū)域應用時誤匹配率高、實時性差等弊病的成因，提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)的概率關(guān)聯(lián)算法并分析了地磁基準圖噪聲和磁傳感器測量噪聲對定位誤差的影響。該方法在地磁異常場微弱區(qū)域仍然具有良好的匹配定位性能，且不需要隨時間累積或路徑累積來進行匹配，提高了匹配的實時性，具有工程應用價值。
　　2)針對地磁導航的特點，研究了在地磁異常場變化較劇烈區(qū)域基于EKF的慣性/地磁組合導航算法。

3、分析了在地磁異常場被大大削弱地區(qū)采用擬合方法進行地磁導航時引起濾波發(fā)散的原因，提出了一種模糊自適應強跟蹤卡爾曼濾波器，通過實時跟蹤磁場量測噪聲的變化，保證系統(tǒng)濾波精度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　3)針對慣性導航系統(tǒng)的誤差隨時間累積的問題，提出了一種慣性/天文自主組合導航方法，該方法以天文高度角與方位角為觀測量，利用慣性導航設(shè)備為天文導航提供水平基準，保證了算法的實時性，有效提高了導航系統(tǒng)的定位精度。針對工程應用中量測噪聲統(tǒng)計特性可能

4、改變的問題，提出了一種基于自適應交互多模型濾波算法。該算法無需預先確定模型集，當組合導航系統(tǒng)量測噪聲統(tǒng)計特性變化時，能夠以較少的模型數(shù)目實現(xiàn)對實際模態(tài)的覆蓋，從而實現(xiàn)了對量測噪聲統(tǒng)計特性變化的自適應調(diào)整。該算法較好地覆蓋了實際模態(tài)變化情況，在觀測值發(fā)生異常時，導航參數(shù)誤差沒有大的跳變，可以得到較高的濾波精度，并具有良好的穩(wěn)定性，提高了整個導航系統(tǒng)的精度和可靠性。
　　4)分析了全飛行時段慣性/天文/地磁組合導航算法的工作流程，并進

5、行了仿真研究。針對慣性/天文/地磁組合導航系統(tǒng)因慣性/天文或慣性/地磁子系統(tǒng)發(fā)生故障導致整個系統(tǒng)被錯誤信息干擾的問題，采用一種容錯濾波算法來提高導航系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對慣導系統(tǒng)失效問題，提出了一種基于地磁/天文信息的飛行器自主導航方法。該方法利用地磁場的矢量特性，將星光與地磁矢量的夾角作為觀測量，利用UKF濾波方法估計飛行器的導航參數(shù)。數(shù)值及半物理仿真研究表明：該方法是可行的，可用于平原，海洋等無明顯地標特征的區(qū)域，也可以作為備份導航系統(tǒng)