近空間高超聲速飛行器多信息融合自適應(yīng)容錯(cuò)自主導(dǎo)航技術(shù).pdf

1、近空間高超聲速遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)飛行器以其極大的戰(zhàn)略軍事應(yīng)用價(jià)值而得到各軍事強(qiáng)國(guó)的重視，是未來(lái)先進(jìn)快速打擊戰(zhàn)略武器發(fā)展的制高點(diǎn)之一。其飛行速度可達(dá)5馬赫以上，最大飛行高度可達(dá)30～70公里，確保其遠(yuǎn)程快速機(jī)動(dòng)飛行的安全和超視距精確打擊的關(guān)鍵在于保障對(duì)飛行器運(yùn)動(dòng)信息的實(shí)時(shí)、精確和可靠獲取，因此具有高可靠性和高精度的自適應(yīng)容錯(cuò)自主導(dǎo)航技術(shù)成為高超聲速飛行時(shí)導(dǎo)航領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)。
　　為了提高近空間高超聲速飛行器自主導(dǎo)航精度和可靠性，本文在

2、綜合分析其飛行特點(diǎn)、性能提升需求的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了近空間高超聲速飛行器多源信息融合自主導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究，提出了適用于近空間高超聲速飛行器的高精度、高可靠性多信息融合自主導(dǎo)航方案和算法，更加充分地利用機(jī)載導(dǎo)航傳感器測(cè)量信息，提高近空間高超聲速飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、可靠性和適應(yīng)性。研究?jī)?nèi)容主要包括：近空間高超聲速擾動(dòng)環(huán)境下慣性/天文組合定姿、定位精度和可靠性提高方法、高超聲速飛行運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下測(cè)量偏移動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法、多源導(dǎo)航信息雙層融合及信息處理方

3、法、基于動(dòng)態(tài)性能評(píng)估的多源信息自適應(yīng)容錯(cuò)導(dǎo)航技術(shù)。
　　近空間高超聲速飛行導(dǎo)航測(cè)量面臨復(fù)雜的擾動(dòng)環(huán)境導(dǎo)致天文姿態(tài)量測(cè)噪聲產(chǎn)生非高斯特性，為此本文提出了結(jié)合廣義極大似然估計(jì)和導(dǎo)航恒星幾何構(gòu)型誤差模型的魯棒自適應(yīng)慣性/天文組合定姿算法。對(duì)導(dǎo)航星分布對(duì)天文定姿精度的影響進(jìn)行了直觀分析和理論推導(dǎo)，分析了擾動(dòng)環(huán)境下星敏感器誤差非高斯特性，提出了基于魯棒濾波的高超聲速飛行器組合導(dǎo)航算法，對(duì)于增強(qiáng)復(fù)雜飛行環(huán)境下導(dǎo)航系統(tǒng)的自主性和適應(yīng)性具有重要意

4、義。
　　為提高近空間高超聲速飛行中定位可靠性，設(shè)計(jì)了慣性/天文角度緊組合自適應(yīng)定位系統(tǒng)為近空間高超聲速飛行提供冗余導(dǎo)航定位信息。提出了基于P值質(zhì)量映射的濾波器增益調(diào)節(jié)方法，提高了慣性/天文組合定位對(duì)環(huán)境影響差異的適應(yīng)性。該方法可隨著飛行過(guò)程中可見(jiàn)導(dǎo)航星動(dòng)態(tài)變化在線評(píng)估觀測(cè)質(zhì)量，并準(zhǔn)確度量各導(dǎo)航星高度角觀測(cè)量偏差的差異，對(duì)于增強(qiáng)復(fù)雜飛行環(huán)境下導(dǎo)航系統(tǒng)的自主性和適應(yīng)性具有重要意義。
　　近空間高超聲速飛行器姿態(tài)機(jī)動(dòng)變化復(fù)雜對(duì)組

5、合導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量偏移誤差產(chǎn)生激勵(lì)影響。對(duì)此本文研究了組合導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量偏移動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法。提出了導(dǎo)航系統(tǒng)位置、速度測(cè)量偏移誤差的迭代補(bǔ)償方法，提高了持續(xù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)條件下導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量精度；針對(duì)偽距、偽距率測(cè)量偏移難以直接補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題和測(cè)量偏移模型的非線性特性，研究了包含測(cè)量偏移的線性/非線性混合組合導(dǎo)航模型，提高了持續(xù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)條件下導(dǎo)航誤差狀態(tài)跟蹤估計(jì)性能。
　　為提升慣性/衛(wèi)星組合系統(tǒng)姿態(tài)測(cè)量性能，滿足近空間高超聲速飛行器在飛行全過(guò)程高精

6、度導(dǎo)航性能的要求，本文對(duì)多源導(dǎo)航信息的雙層融合結(jié)構(gòu)及多源異類信息處理方法進(jìn)行了深入研究。針對(duì)外層姿態(tài)輔助濾波器實(shí)現(xiàn)的初始化和狀態(tài)更新等實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了天文輔助的慣性/衛(wèi)星組合系統(tǒng)多源異類信息處理方法。實(shí)現(xiàn)了天文姿態(tài)與慣性/衛(wèi)星組合系統(tǒng)異類測(cè)量信息的融合處理，提高了高超聲速飛行姿態(tài)測(cè)量性能。
　　針對(duì)近空間高超聲速飛行器多信息融合導(dǎo)航系統(tǒng)自主快速容錯(cuò)的需求和聯(lián)邦濾波算法對(duì)緩變故障容錯(cuò)性能的不足，本文研究了基于動(dòng)態(tài)性能評(píng)估的

7、多源信息自適應(yīng)容錯(cuò)導(dǎo)航技術(shù)。提出了基于序貫概率比的濾波器性能評(píng)估和全局融合自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，提高了緩變故障下多源信息融合導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)性。該方法能有效提高多信息融合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)緩變故障的自適應(yīng)容錯(cuò)調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)近空間高超聲速飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)的自主容錯(cuò)性能。
　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了近空間高超聲速飛行器多源信息融合容錯(cuò)自主導(dǎo)航仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，有效驗(yàn)證了所提出的多源信息融合容錯(cuò)自主導(dǎo)航方案和算法。通過(guò)數(shù)字和半物理仿真試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和有效性進(jìn)