空天飛行器慣性-天文組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、空天飛行器由于其特殊的飛行環(huán)境和飛行特性，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的自主性、可靠性和精度均提出了較高的要求。在軌飛行段作為空天飛行器飛行過程中執(zhí)行各類飛行任務(wù)和飛行實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵階段，飛行時(shí)間超長(zhǎng)、飛行范圍極大，保證此階段導(dǎo)航信息的高自主、高可靠和高精度是十分必要的。目前，單純依賴慣性導(dǎo)航系統(tǒng)難以滿足該階段導(dǎo)航精度需求，而慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)雖可提供高精度導(dǎo)航信息，但是其自主性有限，在實(shí)際作戰(zhàn)過程中會(huì)因受到干擾而無法應(yīng)用。為此，研究具有完全自主能力的空

2、天飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)顯得尤為重要。本文結(jié)合空天飛行器在軌飛行段運(yùn)動(dòng)特性，開展了慣性/天文組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究，以期提出適用于空天飛行器在軌飛行過程的高精度慣性/天文組合導(dǎo)航方案和算法，為空天飛行器的高精度自主導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。
　　針對(duì)空天飛行器在軌飛行過程中天文定位導(dǎo)航系統(tǒng)觀星時(shí)變的特點(diǎn)，本文結(jié)合天文定位基本原理，建立了天文定位誤差動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型，以此為基礎(chǔ)，分析了影響天文定位性能的各類誤差因素，給出了判別天文定位性能優(yōu)劣的誤

3、差權(quán)系數(shù)，研究了恒星幾何構(gòu)型對(duì)天文定位性能的影響規(guī)律，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了天文定位動(dòng)態(tài)選星算法，有效提高了天文定位導(dǎo)航性能。
　　考慮到導(dǎo)航星變化同樣對(duì)天文定姿性能存在影響，本文從天文定姿基本原理出發(fā)，采用協(xié)方差分析方法建立了天文定姿誤差模型，給出了用于判斷天文定姿性能優(yōu)劣的誤差權(quán)系數(shù)。重點(diǎn)針對(duì)天文定姿中的三星定姿方法，研究了動(dòng)態(tài)觀星過程中恒星四面體體積對(duì)天文定姿性能的影響規(guī)律，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了天文定姿動(dòng)態(tài)選星算法，可有效提高天文定姿

4、性能。
　　在上述研究基礎(chǔ)上，為全面利用天文導(dǎo)航信息實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的高精度修正，本文研究提出了基于陀螺誤差估計(jì)修正的慣性/天文全組合導(dǎo)航方案。設(shè)計(jì)了慣性坐標(biāo)系下慣性/天文組合的陀螺誤差估計(jì)修正方法，將實(shí)時(shí)估計(jì)得到的陀螺漂移誤差反饋到地理系下慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解算流程中，提高了地理系下姿態(tài)解算精度；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入天文位置觀測(cè)信息，根據(jù)所建立的天文位置誤差動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型，設(shè)計(jì)適應(yīng)量測(cè)噪聲時(shí)變的慣性/天文定位組合模塊，實(shí)現(xiàn)了天文

5、定位信息對(duì)地理系慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的全面修正，有效提高了慣性/天文組合系統(tǒng)的綜合性能。
　　由于空天飛行器高動(dòng)態(tài)飛行的影響，實(shí)際導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型難以準(zhǔn)確獲得，本文進(jìn)一步研究了基于魯棒濾波的空天飛行器慣性/天文組合導(dǎo)航方法。基于H∞魯棒濾波方法，構(gòu)建了慣性/天文H∞濾波組合導(dǎo)航系統(tǒng)，研究了導(dǎo)航系統(tǒng)誤差模型與濾波器設(shè)計(jì)模型存在差異情況下H∞濾波器的濾波性能，并通過數(shù)值仿真分析不同魯棒濾波參數(shù)對(duì)導(dǎo)航性能的影響。
　　在研究空天飛行