重力梯度輔助導(dǎo)航定位技術(shù)研究.pdf

1、目前,許多飛行載體均以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)為核心導(dǎo)航工具。然而,隨著時間的推移,導(dǎo)航系統(tǒng)的定位誤差不斷增大。為了抑制定位誤差的積累,大多數(shù)飛行載體采用譬如衛(wèi)星輔助導(dǎo)航、景象匹配輔助導(dǎo)航、地形匹配輔助導(dǎo)航等外部輔助導(dǎo)航的方法對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行修正。每一種方法或需要向外發(fā)射信號、或需要接收外界信號,均容易受到外界的干擾。本文介紹一種完全自主的、不受任何外部因素影響的輔助導(dǎo)航系統(tǒng)一重力梯度輔助導(dǎo)航系統(tǒng)(GGI/INS)。
　　 論文

2、以超音速飛行載體為實例,研究重力梯度輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的各種關(guān)鍵技術(shù),分析其導(dǎo)航效果。重力梯度輔助導(dǎo)航基本要素分別為:慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、重力梯度圖、重力梯度儀和重力梯度輔助導(dǎo)航算法,論文分別對這幾方面展開研究。其主要內(nèi)容如下:
　　 (1)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為此,論文以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為研究對象,討論慣性導(dǎo)航系統(tǒng)常用坐標(biāo)系以及它們之間的相互關(guān)系,建立捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航方程和誤差方程。這些是研究重力梯度輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的前提

3、。
　　 (2)由于種種條件限制,目前還沒有任何有關(guān)全球重力梯度的數(shù)據(jù)庫問世。因此,如何利用現(xiàn)有條件對重力梯度圖進(jìn)行仿真成為一個迫切需要解決的問題。在地球重力信號譜中,地質(zhì)密度變化引起的梯度分量主要位于重力信號譜中的低頻部分,而地形引起的梯度分量主要位于重力信號譜中高頻部分。基于此論文利用地球球諧模型模擬重力梯度的低頻、長波分量;利用地形正高圖模擬地球的高頻、短波分量。同時,論文分析了地球重力梯度的特征;研究了地形高度與重力梯度

4、的關(guān)系;計算出梯度圖中忽略地形高度的方法;給出重力梯度圖仿真方案。
　　 (3)重力梯度儀(GGI)是重力梯度輔助導(dǎo)航關(guān)鍵因素之一。論文推導(dǎo)出基于加速度計重力梯度儀測量機(jī)理;給出重力梯度在不同坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換關(guān)系;以及測量結(jié)果中旋轉(zhuǎn)角速度影響的處理方法。并以美國Bell/Aero重力梯度儀為例,導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)加速度計型重力梯度儀測量結(jié)果和全加速度重力梯度測量方案?；谏鲜鲈?論文設(shè)計出一12加速度計重力梯度儀,分析其捷聯(lián)式與平臺式安裝

5、于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中存在的問題及解決方案,導(dǎo)出梯度儀捷聯(lián)式與平臺式安裝時的線性化誤差方程,并將其應(yīng)用于重力梯度輔助導(dǎo)航濾波算法之中。
　　 (4)濾波算法是重力梯度輔助導(dǎo)航系統(tǒng)中最后一個關(guān)鍵因素。論文對擴(kuò)展卡爾曼濾波算法進(jìn)行分析,導(dǎo)出動態(tài)系統(tǒng)線性化過程和離散卡爾曼濾波運(yùn)算過程,建立重力梯度輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的算法模型。通過仿真研究重力梯度儀對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的改善,分析慣性測量元件、重力梯度變化、重力梯度儀噪聲、重力梯度儀類型等因素對導(dǎo)航精度