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文檔簡(jiǎn)介
1、隨著深空探測(cè)、探月計(jì)劃的實(shí)施以及太空飛行器的高速發(fā)展,自主導(dǎo)航技術(shù)成為了各個(gè)國家關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí),隨著電子對(duì)抗戰(zhàn)的愈演愈烈,GPS、無線電等導(dǎo)航技術(shù)手段的劣勢(shì)逐漸體現(xiàn)出來。在這種情況下,高隱蔽性的捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)成為了各國競(jìng)相發(fā)展的技術(shù)之一。本文以衛(wèi)星、彈道導(dǎo)彈等高性能載體為背景,深入研究了基于星敏感器的捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航技術(shù)。
研究了多種基于星敏感器的星圖識(shí)別的方法,針對(duì)模式識(shí)別類的柵格算法進(jìn)行了重點(diǎn)研
2、究。柵格算法是一種魯棒性很強(qiáng)的算法,在位置噪聲為1像素的情況下仍然能夠達(dá)到98%以上的識(shí)別成功率。但是這種算法要求視場(chǎng)中星的數(shù)目不少于6顆,這就限制了該算法在小視場(chǎng)或者低星等靈敏度的星敏感器中的應(yīng)用。本人將擴(kuò)充圖像法與柵格算法結(jié)合,能夠?qū)σ晥?chǎng)進(jìn)行有效的擴(kuò)充,從而獲得更加豐富的星點(diǎn)信息,打破傳統(tǒng)柵格算法的限制,使得柵格算法能夠在較小視場(chǎng)或較低星等靈敏度的星敏感器上使用。
隨著基于星光折射間接敏感地平法的廣泛應(yīng)用,折射星的識(shí)別問題
3、也成為了研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法是利用兩個(gè)星敏感器來進(jìn)行折射星的識(shí)別和折射角的獲取,多余的星敏感器不僅增加了設(shè)計(jì)成本而且增加了初始對(duì)準(zhǔn)的負(fù)擔(dān)。本人在深入研究折射星識(shí)別理論的基礎(chǔ)上,提出了一種單星敏感器的折射星識(shí)別方案。由于星敏感器的安裝角度決定了星敏感器觀測(cè)到的折射星數(shù)目,從而影響到導(dǎo)航的精度,因此該方案還考慮了星敏感器安裝角度對(duì)導(dǎo)航精度的影響。根據(jù)球面幾何和微分極值理論,以衛(wèi)星為載體,給出了一種計(jì)算星敏感器最佳安裝角度的方法。
4、 星敏感器是天文導(dǎo)航中最常用的姿態(tài)測(cè)量器件。隨著微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和星圖識(shí)別算法等的發(fā)展,現(xiàn)代星敏感器的數(shù)據(jù)輸出率和動(dòng)態(tài)性能逐漸提高,因此捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)條件下的使用成為了有待研究的方向。在高動(dòng)態(tài)條件下,捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)不同于平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng),它不能將旋轉(zhuǎn)和平移完全隔離,從而產(chǎn)生了圓錐誤差和劃船誤差。本文針對(duì)這種情況,將對(duì)偶四元數(shù)引入捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)中。該算法將載體的旋轉(zhuǎn)和平移統(tǒng)一起來,使用螺旋矢量更新對(duì)偶四元數(shù),
5、同時(shí)補(bǔ)償了圓錐誤差和劃船誤差。推導(dǎo)了組合導(dǎo)航系統(tǒng)基于加性對(duì)偶四元數(shù)的誤差模型和導(dǎo)航參數(shù)誤差的計(jì)算方程;把陀螺儀和加速度計(jì)的常值誤差擴(kuò)充到狀態(tài)變量中,隨機(jī)誤差作為系統(tǒng)噪聲輸入,然后利用星敏感器輸出參數(shù)來校正陀螺漂移。
對(duì)于捷聯(lián)慣導(dǎo)/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)而言,地平的敏感精度是決定組合導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的重要因素。傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)受水平基準(zhǔn)的精度限制,定位精度不高。同時(shí)傳統(tǒng)的組合模式不能準(zhǔn)確的估計(jì)加速度計(jì)的偏置,因此不能阻
6、止載體速度和位置誤差的發(fā)散。為了解決上述問題,本文將星光折射的導(dǎo)航方法引入組合導(dǎo)航系統(tǒng)。在前人研究的基礎(chǔ)上,以彈道導(dǎo)彈為載體推導(dǎo)了一種捷聯(lián)慣性/星光折射組合導(dǎo)航的誤差模型。利用星敏感器輸出的姿態(tài)信息修正陀螺漂移,并結(jié)合大氣折射模型得到與載體位置相關(guān)的折射視高度來修正位置、速度誤差。并依據(jù)星敏感器的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了多顆折射星在導(dǎo)航中使用的可行性。通過可觀測(cè)性理論和仿真結(jié)果證明了:當(dāng)使用多顆折射星時(shí),可以很好的解決加速度計(jì)偏置估計(jì)不準(zhǔn)確的問
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