機(jī)載捷聯(lián)慣性-天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、天文導(dǎo)航是一種獨(dú)立的、近自主的導(dǎo)航方式，天文導(dǎo)航通過天體敏感設(shè)備觀測(cè)天體，從而直接解算出載體的位置、姿態(tài)等信息。天文導(dǎo)航所觀測(cè)的目標(biāo)是不能被人為摧毀和破壞的自然天體，且不受到地域限制，因此天文導(dǎo)航成為現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中不可或缺的重要的導(dǎo)航方式，是各軍事強(qiáng)國(guó)的研究重點(diǎn)。本文針對(duì)天文導(dǎo)航的特點(diǎn)，對(duì)機(jī)載環(huán)境下捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的慣性/天文松組合技術(shù)、慣性/天文緊組合技術(shù)、以及適應(yīng)慣性/天文組合系統(tǒng)應(yīng)用的非線性濾波方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深

2、入研究，為提高慣性天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的性能奠定理論基礎(chǔ)。
　　 本文結(jié)合機(jī)載天文導(dǎo)航定位的應(yīng)用需求，深入研究天文導(dǎo)航定位的基本原理，結(jié)合星體跟蹤器工作原理研究并提出了機(jī)載捷聯(lián)安裝方式下的天文導(dǎo)航定位算法。針對(duì)機(jī)載捷聯(lián)安裝方式下天文導(dǎo)航定位受到水平姿態(tài)基準(zhǔn)精度制約的問題，提出了基于機(jī)載天文定姿修正實(shí)現(xiàn)的高精度虛擬水平姿態(tài)基準(zhǔn)構(gòu)造技術(shù)，并進(jìn)一步提出了基于虛擬水平姿態(tài)基準(zhǔn)修正的機(jī)載捷聯(lián)天文定位方案及算法，有效提高了天文導(dǎo)航定位精度。

3、r>　　 為有效利用天文導(dǎo)航系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性誤差的綜合修正，提高組合系統(tǒng)的綜合性能，本文研究了基于天文位置、姿態(tài)觀測(cè)的機(jī)載慣性/天文松組合導(dǎo)航系統(tǒng)。針對(duì)常規(guī)慣性/天文組合模式中，天文導(dǎo)航定位系統(tǒng)只能提供二維地理經(jīng)、緯度信息，研究并提出了利用氣壓高度表輔助的慣性厭文松組合導(dǎo)航方案，解決了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)高度通道不可觀測(cè)的問題?；谔煳男枪庾藨B(tài)觀測(cè)信息，本文從加性四元數(shù)誤差模型出發(fā)，研究并提出了基于加性四元數(shù)誤差補(bǔ)償?shù)臋C(jī)載捷聯(lián)慣性/天文姿

4、態(tài)組合導(dǎo)航方案和算法，推導(dǎo)了四元數(shù)誤差傳播特性模型，構(gòu)建了基于加性四元數(shù)的機(jī)載捷聯(lián)慣性/天文姿態(tài)組合導(dǎo)航方案和算法模型，為提高組合系統(tǒng)姿態(tài)定位精度奠定基礎(chǔ)。
　　 為進(jìn)一步提高機(jī)載慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能，在慣性/天文松組合導(dǎo)航模式研究基礎(chǔ)上，對(duì)慣性/天文組合導(dǎo)航方案和算法進(jìn)行了更為深入的研究。通過對(duì)天文角度觀測(cè)關(guān)系的研究，建立了基于位置誤差建模的機(jī)載捷聯(lián)慣性/天文緊組合導(dǎo)航模型，研究并提出了基于位置誤差建模的機(jī)載捷聯(lián)慣性/天

5、文角度觀測(cè)緊組合算法。以此為基礎(chǔ)，本文還進(jìn)一步考慮了天文導(dǎo)航系統(tǒng)捷聯(lián)安裝中的水平姿態(tài)基準(zhǔn)誤差，研究并提出了考慮捷聯(lián)姿態(tài)誤差影響的機(jī)載捷聯(lián)慣性/天文角度緊組合導(dǎo)航方法。
　　 考慮到天文觀測(cè)過程中通常需要利用慣性系統(tǒng)提供的位置和姿態(tài)信息，因此其觀測(cè)信息輸出不可避免會(huì)受到慣性系統(tǒng)誤差的影響，導(dǎo)致機(jī)載慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的量測(cè)信息具有較強(qiáng)的非線性特性。為此，本文在慣性/天文角度觀測(cè)緊組合導(dǎo)航工作模式下，針對(duì)性地分析了機(jī)載捷聯(lián)慣性厭

6、文組合非線性量測(cè)特性，在對(duì)比和分析各種非線性濾波方法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了機(jī)載捷聯(lián)慣性/天文非線性組合方案。研究并提出了基于簡(jiǎn)化Unscented Kalman Filter(UKF)的機(jī)載慣性/天文非線性天文角度量測(cè)緊組合算法，有效解決慣性厭文組合中的非線性量測(cè)問題。
　　 最后，本文在上述理論研究的基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了機(jī)載捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)綜合仿真平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能的綜合驗(yàn)證。本文緊密結(jié)合機(jī)載慣性/天