機載捷聯(lián)慣性-天文組合導航系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、天文導航是一種獨立的、近自主的導航方式，天文導航通過天體敏感設備觀測天體，從而直接解算出載體的位置、姿態(tài)等信息。天文導航所觀測的目標是不能被人為摧毀和破壞的自然天體，且不受到地域限制，因此天文導航成為現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭中不可或缺的重要的導航方式，是各軍事強國的研究重點。本文針對天文導航的特點，對機載環(huán)境下捷聯(lián)慣性/天文組合導航系統(tǒng)中的慣性/天文松組合技術、慣性/天文緊組合技術、以及適應慣性/天文組合系統(tǒng)應用的非線性濾波方法等關鍵技術進行了深

2、入研究，為提高慣性天文組合導航系統(tǒng)的性能奠定理論基礎。
　　 本文結(jié)合機載天文導航定位的應用需求，深入研究天文導航定位的基本原理，結(jié)合星體跟蹤器工作原理研究并提出了機載捷聯(lián)安裝方式下的天文導航定位算法。針對機載捷聯(lián)安裝方式下天文導航定位受到水平姿態(tài)基準精度制約的問題，提出了基于機載天文定姿修正實現(xiàn)的高精度虛擬水平姿態(tài)基準構造技術，并進一步提出了基于虛擬水平姿態(tài)基準修正的機載捷聯(lián)天文定位方案及算法，有效提高了天文導航定位精度。

3、r>　　 為有效利用天文導航系統(tǒng)信息，實現(xiàn)對慣性誤差的綜合修正，提高組合系統(tǒng)的綜合性能，本文研究了基于天文位置、姿態(tài)觀測的機載慣性/天文松組合導航系統(tǒng)。針對常規(guī)慣性/天文組合模式中，天文導航定位系統(tǒng)只能提供二維地理經(jīng)、緯度信息，研究并提出了利用氣壓高度表輔助的慣性厭文松組合導航方案，解決了慣性導航系統(tǒng)高度通道不可觀測的問題?；谔煳男枪庾藨B(tài)觀測信息，本文從加性四元數(shù)誤差模型出發(fā)，研究并提出了基于加性四元數(shù)誤差補償?shù)臋C載捷聯(lián)慣性/天文姿

4、態(tài)組合導航方案和算法，推導了四元數(shù)誤差傳播特性模型，構建了基于加性四元數(shù)的機載捷聯(lián)慣性/天文姿態(tài)組合導航方案和算法模型，為提高組合系統(tǒng)姿態(tài)定位精度奠定基礎。
　　 為進一步提高機載慣性/天文組合導航系統(tǒng)性能，在慣性/天文松組合導航模式研究基礎上，對慣性/天文組合導航方案和算法進行了更為深入的研究。通過對天文角度觀測關系的研究，建立了基于位置誤差建模的機載捷聯(lián)慣性/天文緊組合導航模型，研究并提出了基于位置誤差建模的機載捷聯(lián)慣性/天

5、文角度觀測緊組合算法。以此為基礎，本文還進一步考慮了天文導航系統(tǒng)捷聯(lián)安裝中的水平姿態(tài)基準誤差，研究并提出了考慮捷聯(lián)姿態(tài)誤差影響的機載捷聯(lián)慣性/天文角度緊組合導航方法。
　　 考慮到天文觀測過程中通常需要利用慣性系統(tǒng)提供的位置和姿態(tài)信息，因此其觀測信息輸出不可避免會受到慣性系統(tǒng)誤差的影響，導致機載慣性/天文組合導航系統(tǒng)中的量測信息具有較強的非線性特性。為此，本文在慣性/天文角度觀測緊組合導航工作模式下，針對性地分析了機載捷聯(lián)慣性厭

6、文組合非線性量測特性，在對比和分析各種非線性濾波方法的基礎上，構建了機載捷聯(lián)慣性/天文非線性組合方案。研究并提出了基于簡化Unscented Kalman Filter(UKF)的機載慣性/天文非線性天文角度量測緊組合算法，有效解決慣性厭文組合中的非線性量測問題。
　　 最后，本文在上述理論研究的基礎上，還設計了機載捷聯(lián)慣性/天文組合導航系統(tǒng)綜合仿真平臺，以實現(xiàn)對機載慣性/天文組合導航系統(tǒng)性能的綜合驗證。本文緊密結(jié)合機載慣性/天