基于地磁及偏振光的自主導(dǎo)航方法研究.pdf

1、出于對(duì)隱蔽性及戰(zhàn)場(chǎng)生存能力的考慮,飛行器的自主導(dǎo)航能力已成為新世紀(jì)備受關(guān)注的導(dǎo)航技術(shù)之一。因此,本文以組合導(dǎo)航方法為基礎(chǔ),重點(diǎn)研究了基于地磁及偏振光的自主導(dǎo)航算法,給出了一種可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航且能夠顯著縮短或省去初始對(duì)準(zhǔn)過程的組合導(dǎo)航方案。論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　為克服現(xiàn)有的地磁場(chǎng)建模方法刻畫局部地磁場(chǎng)時(shí)精度較低的問題,對(duì)局部地磁場(chǎng)建模方法進(jìn)行了研究,提出了一種具有線性趨勢(shì)補(bǔ)償項(xiàng)的改進(jìn)矩諧分析模型,并利用該矩諧分析模型對(duì)局部地磁

2、場(chǎng)總強(qiáng)度進(jìn)行了建模。鑒于該地磁總強(qiáng)度模型的強(qiáng)非線性及模型中未知參數(shù)的多極值性問題,利用多種群遺傳算法對(duì)模型中未知參數(shù)進(jìn)行了求取,繪制了局部地磁總強(qiáng)度基準(zhǔn)圖,為后續(xù)的地磁導(dǎo)航算法研究提供了基礎(chǔ)。
　　為克服地磁導(dǎo)航中存在的強(qiáng)非線性/非高斯?fàn)顟B(tài)估計(jì)問題,將無軌跡粒子濾波(unscented particle filter, UPF)算法引入到地磁導(dǎo)航中,設(shè)計(jì)了基于UPF的地磁自主導(dǎo)航算法。并在此基礎(chǔ)上，提出了一種可為載體連續(xù)提供位置、

3、速度、姿態(tài)等運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的基于UPF及Kalman混合濾波(unscented particle and Kalman hybrid filter, UPKHF)的地磁自主導(dǎo)航算法。理論分析及仿真研究表明,該地磁自主導(dǎo)航算法不僅可以完成大初始位置誤差下的導(dǎo)航任務(wù),而且當(dāng)載體短時(shí)飛越地磁特征變化較為平緩的區(qū)域時(shí),仍可保持較高的導(dǎo)航定位精度。
　　為提高偏振光傳感器的精度,對(duì)偏振光角量測(cè)模型的誤差特性進(jìn)行了分析,給出了偏振光傳感器系統(tǒng)誤

4、差源標(biāo)定及系統(tǒng)誤差補(bǔ)償方法,并應(yīng)用該方法對(duì)實(shí)際的偏振光傳感器樣機(jī)進(jìn)行了誤差補(bǔ)償,提高了傳感器精度。然后利用該偏振光傳感器對(duì)天空中的偏振模式進(jìn)行了室外觀測(cè),驗(yàn)證了偏振光導(dǎo)航原理的正確性。
　　為了消除了以往直接利用偏振光進(jìn)行輔助導(dǎo)航定向時(shí)存在的180°模糊性問題,提出了一種以太陽方向矢量為基準(zhǔn)的偏振光輔助定姿方法,推導(dǎo)了可用于大姿態(tài)誤差條件下的非線性偏振光姿態(tài)誤差觀測(cè)方程。為克服靜止及勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),僅利用偏振光輔助定姿導(dǎo)致載體姿態(tài)

5、誤差不完全可觀測(cè)現(xiàn)象,推導(dǎo)了基于重力的姿態(tài)誤差觀測(cè)方程,提出了一種利用偏振光及重力聯(lián)合輔助定姿的方法。仿真及分析表明,基于偏振光及重力的輔助定姿方法具有對(duì)位置誤差不敏感的特性,且該輔助定姿方法的引入將使得組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有精度更高、更穩(wěn)定的姿態(tài)修正效果,并可以完成大初始姿態(tài)誤差時(shí)的導(dǎo)航任務(wù)。
　　為盡量縮短或省去初始對(duì)準(zhǔn)過程,本文在地磁自主導(dǎo)航和偏振光及重力聯(lián)合輔助定姿的基礎(chǔ)上，提出了一種基于UPF及UKF混合濾波(unscente