慣性-衛(wèi)星組合導(dǎo)航自適應(yīng)容錯與精度性能增強關(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)多星座測量信息豐富化，慣性器件動態(tài)性能和精度提升、在慣性/衛(wèi)星組合體制改進等方面都取得了有益的進步，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，對慣性/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)的測量信息與慣性信息進行融合來完成，無法完全避免星鐘漂移、信號傳輸畸變等影響，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)容錯與精度性能增強技術(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為目標(biāo)，針對慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航自適應(yīng)容錯與精度性能增強關(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，提高測量信息異常時系統(tǒng)故障快速識別檢測與自我恢復(fù)、觀測信息自適應(yīng)優(yōu)化與評價的能力，以確保容錯反應(yīng)處理速度和可靠精確導(dǎo)航。研究內(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方法、多故障條件下慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航自主檢測與系統(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、基于動態(tài)周跳補償?shù)膽T性/衛(wèi)星精密定位容錯組合導(dǎo)航方法。
　　針對慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)緩變故障檢測延時較大

4、的問題，研究了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能快速故障檢測方法。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)快速故障檢測算法，分析了濾波器誤差跟蹤特性對傳統(tǒng)自主完好性監(jiān)測外推方法性能影響，通過最小二乘支持向量回歸建立了濾波器新息預(yù)測模型，利用預(yù)測新息構(gòu)成與組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波器并行的檢驗統(tǒng)計量，結(jié)合自主完好性外推法進行緩變故障檢測，從而降低了組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波器誤差跟蹤產(chǎn)生的故障檢測延時，提高了緩變故障檢測實時性。
　　針對慣性/衛(wèi)星組

5、合導(dǎo)航系統(tǒng)中多個觀測衛(wèi)星同時發(fā)生故障時的多故障檢測、識別，以及非故障觀測信息質(zhì)量評價進行了研究。設(shè)計了慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)多故障檢測系統(tǒng)方案，提出了基于子集p值檢驗的組合導(dǎo)航系統(tǒng)多故障自主檢測與識別方法，同時對非故障信息源進行質(zhì)量評價，以此為依據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)。從而降低了發(fā)生故障后無故障觀測量受污染對系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響，提高了多故障情況下導(dǎo)航系統(tǒng)容錯性及精度。
　　針對慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)傳統(tǒng)觀測信息偽距噪聲較高、載波相位觀測量

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。通過載波相位時間差分對偽距進行平滑，設(shè)計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；針對平滑后噪聲不再符合高斯特性的問題，對平滑偽距觀測噪聲特性進行分析和建模，實現(xiàn)了在線估計濾波器噪聲統(tǒng)計特性，最終結(jié)合抗差估計實現(xiàn)在周跳等外界干擾不確定的情況下實現(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)星單頻精密單點定位系統(tǒng)組合導(dǎo)航方法，并針對周跳的影響提出了自修復(fù)自適應(yīng)容錯方法。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)模型和觀測模型，構(gòu)建與組合導(dǎo)航主濾波器平行的周跳識別和估計濾波器，對有周跳的觀測信息進行反饋修正，并對周跳狀態(tài)量的參數(shù)進行調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)利用了高精度觀測信息優(yōu)勢，同時補償了周跳誤差，提高了系統(tǒng)精度、實時性和魯棒性。
　　本文設(shè)計并實現(xiàn)了