無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在航天器上的應(yīng)用研究.pdf

1、無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)是指不用陀螺來測量載體的角速度，而是通過用多個(gè)加速度計(jì)分別測量載體非質(zhì)心處的比力，并合理配置這些加速度計(jì)的空間位置，組合解算出載體角速度和線加速度，從而得到慣性導(dǎo)航的全部參數(shù)。它不僅具有慣性導(dǎo)航自主性強(qiáng)的特點(diǎn)，還具有成本低、可靠性高、功耗低、壽命長、體積小、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。隨著微加速度計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)必然成為低成本慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的主流。本文將無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用到航天器上，要在理論上解決應(yīng)用中出現(xiàn)的一

2、些問題，實(shí)現(xiàn)其對航天器的自主導(dǎo)航功能。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、裴槍o陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在航天器上應(yīng)用時(shí)不能保證安裝在載體質(zhì)心處的情況，引進(jìn)加速度計(jì)組合坐標(biāo)，建立非質(zhì)心處的比力方程，從而使得無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)可以安裝在航天器上的任意位置，這樣在一定程度上提高了無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力。
　?、蒲芯繜o陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的配置方案及角速度解算方法。首先闡述加速度計(jì)配置基本原理，在此基礎(chǔ)上提出一種十二加速度計(jì)配置方案，推導(dǎo)每

3、個(gè)加速度計(jì)的比力輸出方程；其次分析傳統(tǒng)的角速度解算方法，根據(jù)本文實(shí)際應(yīng)用情況提出基于四元數(shù)的開方法來解算角速度，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器，對角速度濾波來提高角速度的精度；最后對各種角速度解算方法進(jìn)行數(shù)值仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
　?、轻槍o陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)不安裝在載體質(zhì)心處的情況，本文提出一種基于無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的在軌航天器質(zhì)心標(biāo)定算法。首先根據(jù)一定條件對航天器上加速度計(jì)輸出進(jìn)行簡化分析，再結(jié)合航天器上加速度計(jì)測量組合解

4、算出來的角加速度和角速度，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法估計(jì)出航天器質(zhì)心參數(shù)，最后對該算法進(jìn)行數(shù)值仿真驗(yàn)證，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
　　⑷針對無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航精度較低的情況，本文提出無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/GPS/星敏感器組合導(dǎo)航方案。首先分析無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差，在此基礎(chǔ)上建立無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型；然后建立無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/GPS組合子系統(tǒng)和無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/星敏感器組合子系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，采用NR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)邦濾波器；最