高空長航無人機多信息融合自主導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無人機以低成本、零傷亡等突出優(yōu)勢在軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，飛行高度高、續(xù)航時間長的高空長航無人機是無人機領(lǐng)域的研究重點和熱點。高空長航無人機實現(xiàn)自主飛行的關(guān)鍵在于其必須具備高精度的自主導(dǎo)航能力，高精度導(dǎo)航技術(shù)已成為制約無人機性能提升的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合無人機自主控制對導(dǎo)航系統(tǒng)高精度和高可靠性的迫切需求，本文主要開展了高空長航無人機多信息融合關(guān)鍵技術(shù)研究，研究并提出了適用于高空長航無人機的多信息融合自主導(dǎo)航方案和算法，為高空長航無人機自主

2、導(dǎo)航系統(tǒng)的研究和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
　　 本文在綜合分析高空長航無人機對自主導(dǎo)航精度和可靠性需求的基礎(chǔ)上，主要研究了無人機高精度捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法以及以慣性導(dǎo)航為基礎(chǔ)的多信息融合自主導(dǎo)航方案和算法，其目的在于充分利用無人機機載導(dǎo)航傳感器信息，以提高無人機自主導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
　　 為有效克服無人機自主導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS的依賴性，論文研究了基于天文導(dǎo)航輔助的慣性/天文組合導(dǎo)航定位算法。論文分析提出了多圓交匯天文定位算

3、法，該算法數(shù)值計算穩(wěn)定性強，并能實時獲取天文定位誤差估計，從而為慣性/天文組合量測誤差建模提供了信息；論文提出了基于魯棒H∞濾波器的慣性/天文自適應(yīng)定位組合導(dǎo)航算法，有效提高了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的魯棒性和導(dǎo)航精度；此外，分析建立了天文觀測高度角與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺誤差角、經(jīng)緯度誤差的量測模型，設(shè)計了以天文觀測高度角為量測信息的耦合慣性平臺誤差角的慣性/天文緊組合算法，實現(xiàn)了單顆可見星下的天文定位，有效提高了捷聯(lián)慣性/天文組合導(dǎo)航的穩(wěn)定性。

4、>　　 高空偵察攝像是高空長航無人機的重要功能，因此對導(dǎo)航系統(tǒng)的定姿和定位精度都有較高高的要求。為進(jìn)一步提升慣性/天文組合定姿、定位的精度，論文研究了基于GPS輔助的慣性/星光多信息融合導(dǎo)航系統(tǒng)，以有效提升導(dǎo)航系統(tǒng)性能。論文提出了慣性/GPS/星敏感器集中濾波組合導(dǎo)航方案，針對多傳感器融合中的量測滯后和非等間隔輸出問題，建立了基于外推的GPS信息補償算法，設(shè)計了多傳感器異步集中濾波算法；針對GPS信息不可用的情況，論文提出了耦合慣性位

5、置誤差的機載慣性/星光組合濾波算法，引入經(jīng)緯度誤差轉(zhuǎn)換矩陣，建立了星敏感器測量的姿態(tài)與慣導(dǎo)計算輸出的地理系姿態(tài)之間的耦合誤差模型，提高了組合系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　 考慮到基于星光觀測的天文導(dǎo)航系統(tǒng)受高度和氣候等條件限制，論文研究了基于大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)輔助的慣性/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。一方面，利用大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供的氣壓高度、空速信息輔助慣導(dǎo)，設(shè)計了ADS輔助的SINS/GPS松組合導(dǎo)航算法：另一方面，考慮到緊組合的穩(wěn)定性更高，推導(dǎo)了基于G

6、PS偽距、偽距率的非線性量測模型，提出了基于UKF非線性濾波方法的SINS/GPS緊組合算法，保證了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
　　 結(jié)合高空長航無人機的特性研究提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度的算法，發(fā)揮其全自主的優(yōu)勢，對提高高空長航無人機自主導(dǎo)航系統(tǒng)精度依然有重要的意義。論文深入分析并提出了高精度改進(jìn)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法，提高了捷聯(lián)慣導(dǎo)的精度。為有效驗證改進(jìn)捷聯(lián)算法的性能，論文設(shè)計了基于運動學(xué)的無人機動態(tài)航跡仿真算法，建立了無人機姿態(tài)機動