慣性-衛(wèi)星組合導(dǎo)航自適應(yīng)容錯(cuò)與精度性能增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)多星座測(cè)量信息豐富化，慣性器件動(dòng)態(tài)性能和精度提升、在慣性/衛(wèi)星組合體制改進(jìn)等方面都取得了有益的進(jìn)步，從而在軍用和民用領(lǐng)域日益發(fā)揮更為重要的作用。隨著新型高動(dòng)態(tài)飛行器的發(fā)展和復(fù)雜環(huán)境下精密定位需求的升級(jí)，對(duì)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和精度提出了更高的要求。盡管慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合體制由松組合、緊組合向深組合逐步發(fā)展，但衛(wèi)星導(dǎo)航對(duì)于慣導(dǎo)的輔助和修正仍然主要依靠偽距、偽距率和載波相位為基

2、礎(chǔ)的測(cè)量信息與慣性信息進(jìn)行融合來完成，無法完全避免星鐘漂移、信號(hào)傳輸畸變等影響，以及復(fù)雜環(huán)境下偶然因素的作用。因此，慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航自適應(yīng)容錯(cuò)與精度性能增強(qiáng)技術(shù)是保障慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)在復(fù)雜條件下精確性和可靠性不可或缺的重要環(huán)節(jié)。
　　本文以復(fù)雜環(huán)境下慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度與可靠性增強(qiáng)為目標(biāo)，針對(duì)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航自適應(yīng)容錯(cuò)與精度性能增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)方案、理論和算法開展研究，從而為慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境下導(dǎo)

3、航信息穩(wěn)定可靠獲取提供必要手段，提高測(cè)量信息異常時(shí)系統(tǒng)故障快速識(shí)別檢測(cè)與自我恢復(fù)、觀測(cè)信息自適應(yīng)優(yōu)化與評(píng)價(jià)的能力，以確保容錯(cuò)反應(yīng)處理速度和可靠精確導(dǎo)航。研究?jī)?nèi)容主要包括：基于支持向量回歸的慣性/衛(wèi)星組合快速故障檢測(cè)方法、多故障條件下慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航自主檢測(cè)與系統(tǒng)重構(gòu)方法、基于在線噪聲特性建模的魯棒自適應(yīng)平滑偽距組合導(dǎo)航方法、基于動(dòng)態(tài)周跳補(bǔ)償?shù)膽T性/衛(wèi)星精密定位容錯(cuò)組合導(dǎo)航方法。
　　針對(duì)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)緩變故障檢測(cè)延時(shí)較大

4、的問題，研究了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能快速故障檢測(cè)方法。提出了一種基于最小二乘支持向量回歸的慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)快速故障檢測(cè)算法，分析了濾波器誤差跟蹤特性對(duì)傳統(tǒng)自主完好性監(jiān)測(cè)外推方法性能影響，通過最小二乘支持向量回歸建立了濾波器新息預(yù)測(cè)模型，利用預(yù)測(cè)新息構(gòu)成與組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波器并行的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，結(jié)合自主完好性外推法進(jìn)行緩變故障檢測(cè)，從而降低了組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波器誤差跟蹤產(chǎn)生的故障檢測(cè)延時(shí)，提高了緩變故障檢測(cè)實(shí)時(shí)性。
　　針對(duì)慣性/衛(wèi)星組

5、合導(dǎo)航系統(tǒng)中多個(gè)觀測(cè)衛(wèi)星同時(shí)發(fā)生故障時(shí)的多故障檢測(cè)、識(shí)別，以及非故障觀測(cè)信息質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)多故障檢測(cè)系統(tǒng)方案，提出了基于子集p值檢驗(yàn)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)多故障自主檢測(cè)與識(shí)別方法，同時(shí)對(duì)非故障信息源進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)。從而降低了發(fā)生故障后無故障觀測(cè)量受污染對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響，提高了多故障情況下導(dǎo)航系統(tǒng)容錯(cuò)性及精度。
　　針對(duì)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)傳統(tǒng)觀測(cè)信息偽距噪聲較高、載波相位觀測(cè)量

6、應(yīng)用條件復(fù)雜的問題，提出了一種基于自適應(yīng)等價(jià)權(quán)因子的魯棒自適應(yīng)平滑偽距組合導(dǎo)航算法。通過載波相位時(shí)間差分對(duì)偽距進(jìn)行平滑，設(shè)計(jì)了基于偽距和載波相位歷元差分的慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航綜合方案，并建立了系統(tǒng)模型；針對(duì)平滑后噪聲不再符合高斯特性的問題，對(duì)平滑偽距觀測(cè)噪聲特性進(jìn)行分析和建模，實(shí)現(xiàn)了在線估計(jì)濾波器噪聲統(tǒng)計(jì)特性，最終結(jié)合抗差估計(jì)實(shí)現(xiàn)在周跳等外界干擾不確定的情況下實(shí)現(xiàn)魯棒控制，提高慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的定位精度。
　　在滿

7、足導(dǎo)航靈活性的前提下提高慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，研究了慣性/衛(wèi)星單頻精密單點(diǎn)定位系統(tǒng)組合導(dǎo)航方法，并針對(duì)周跳的影響提出了自修復(fù)自適應(yīng)容錯(cuò)方法。建立了慣性/衛(wèi)星精密定位雙頻組合和單頻組合的狀態(tài)模型和觀測(cè)模型，構(gòu)建與組合導(dǎo)航主濾波器平行的周跳識(shí)別和估計(jì)濾波器，對(duì)有周跳的觀測(cè)信息進(jìn)行反饋修正，并對(duì)周跳狀態(tài)量的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)利用了高精度觀測(cè)信息優(yōu)勢(shì)，同時(shí)補(bǔ)償了周跳誤差，提高了系統(tǒng)精度、實(shí)時(shí)性和魯棒性。
　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了