重力梯度輔助導航定位技術研究.pdf

1、目前,許多飛行載體均以慣性導航系統(tǒng)(INS)為核心導航工具。然而,隨著時間的推移,導航系統(tǒng)的定位誤差不斷增大。為了抑制定位誤差的積累,大多數飛行載體采用譬如衛(wèi)星輔助導航、景象匹配輔助導航、地形匹配輔助導航等外部輔助導航的方法對慣性導航系統(tǒng)進行修正。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航系統(tǒng)一重力梯度輔助導航系統(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航系統(tǒng)的各種關鍵技術,分析其導航效果。重力梯度輔助導航基本要素分別為:慣性導航系統(tǒng)、重力梯度圖、重力梯度儀和重力梯度輔助導航算法,論文分別對這幾方面展開研究。其主要內容如下:
　　 (1)慣性導航系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎。為此,論文以捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)為研究對象,討論慣性導航系統(tǒng)常用坐標系以及它們之間的相互關系,建立捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的導航方程和誤差方程。這些是研究重力梯度輔助導航系統(tǒng)的前提

3、。
　　 (2)由于種種條件限制,目前還沒有任何有關全球重力梯度的數據庫問世。因此,如何利用現(xiàn)有條件對重力梯度圖進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?；诖苏撐睦玫厍蚯蛑C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)是重力梯度輔助導航關鍵因素之一。論文推導出基于加速度計重力梯度儀測量機理;給出重力梯度在不同坐標系下的轉換關系;以及測量結果中旋轉角速度影響的處理方法。并以美國Bell/Aero重力梯度儀為例,導出旋轉加速度計型重力梯度儀測量結果和全加速度重力梯度測量方案?；谏鲜鲈?論文設計出一12加速度計重力梯度儀,分析其捷聯(lián)式與平臺式安裝

5、于慣性導航系統(tǒng)中存在的問題及解決方案,導出梯度儀捷聯(lián)式與平臺式安裝時的線性化誤差方程,并將其應用于重力梯度輔助導航濾波算法之中。
　　 (4)濾波算法是重力梯度輔助導航系統(tǒng)中最后一個關鍵因素。論文對擴展卡爾曼濾波算法進行分析,導出動態(tài)系統(tǒng)線性化過程和離散卡爾曼濾波運算過程,建立重力梯度輔助導航系統(tǒng)的算法模型。通過仿真研究重力梯度儀對慣性導航系統(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航精度