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文檔簡介
1、以我國武裝直升機機載長航時自主式組合導航系統的研制為背景,深入研究了無衛(wèi)星情況下在現有的多普勒導航雷達和氣壓高度表上加裝低成本航空級光纖捷聯慣導和被動式成像系統,構建一種圖像匹配定位輔助的多普勒雷達/光纖捷聯慣導/氣壓高度表自主組合導航系統。研究內容涉及算法研究、硬件設計、軟件設計、工程實踐等多方面。所做的工作可歸納如下:
(1)對多普勒雷達、光纖捷聯慣導、圖像匹配定位算法的研究現狀進行了介紹,尤其是對多普勒雷達和基于多普
2、勒雷達的機載組合導航系統的發(fā)展歷史和背景做了較為詳細的介紹和分析,闡明了課題研究的意義。
(2)建立了系統設計中所要使用的各種坐標系,對光纖捷聯慣導的主要誤差源建立了Allan方差分析模型。同時,對捷聯慣性導航的基本解算方法及誤差模型進行了研究,包括高精度的多子樣姿態(tài)矩陣解算方法以及位置、速度更新算法。
(3)對多普勒雷達的測速原理進行了研究,并對其主要的測頻誤差進行了分析。設計了多普勒雷達的測速信號濾波算法
3、,并進行了仿真實驗。介紹了基于航位推算原理的現有多普勒導航系統的定位模型和氣壓高度表的測高原理。
(4)系統地分析和建立了多普勒雷達同光纖捷聯慣導和氣壓高度表的三種組合模式和模型,進行了相應的數字仿真實驗。同時,針對緊耦合模式,提出了一種簡化模型,提高了系統的計算速度。針對實際中觀測噪聲的統計特性難以精確估計的特性,分析和設計了一種模糊自適應濾波模型。同時,由于多普勒雷達/光纖捷聯慣導/氣壓高度表采用速度+高度組合模式,其
4、定位誤差依然會隨時間的增長而增大,因此,研究了采用圖像匹配定位輔助多普勒雷達/光纖捷聯慣導/氣壓高度表的方法,提出了一種領域快速搜索匹配方案,并對特征點提取算法在圖形處理器上進行了編程實現,很大程度地提高了特征點的提取速度。
(5)對實際工程中的相關問題進行了研究。由于多普勒雷達在平靜的水面和沙漠上空會容易失鎖,提出了一種雷達失鎖和濾波異常的檢測方法。針對多普勒雷達測速過程中出現各種類型野值的情況,提出了一種基于正交新息特
5、性的多普勒雷達野值實時剔除算法。通過實際項目實踐發(fā)現,安裝誤差會較大程度地影響組合導航系統的整體精度,故對多普勒雷達各波束間的配置誤差以及多普勒雷達同載機間的安裝誤差估計算法進行了研究。針對多普勒雷達同光纖捷聯慣導在各組合模式下刻度系數誤差的估計問題,提出了一種標定算法。
(6)根據機載導航系統的要求,設計了一種基于浮點DSP+FPGA的組合導航計算機,完成了系統的硬件和軟件設計,并編程實現了ARINC429總線通訊協議和
6、MIL-STD-1553B總線RT功能。針對無信標情況下多普勒雷達同光纖捷聯慣導間數據不同步的問題,設計和實現了一種高精度信息同步軟件算法。
(7)對所設計的組合導航原理樣機進行了大量的考核試驗。包括多普勒雷達/光纖捷聯慣導/氣壓高度表組合導航系統的桌面靜置試驗、雙軸轉臺試驗、地面閉環(huán)重復性跑車試驗、單向高速路跑車試驗以及對圖像匹配定位導航系統的直升機掛飛試驗等。最終的試驗結果均比較理想,導航系統的測姿、定位精度較高,所設
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