慣性-衛(wèi)星-天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)代飛行器需要高精度、高可靠性的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，但目前任何單一導(dǎo)航系統(tǒng)都無法滿足這一需求。隨著現(xiàn)代導(dǎo)航理論和計算機技術(shù)的發(fā)展，研究者提出了組合導(dǎo)航系統(tǒng)，即由兩種或兩種以上導(dǎo)航子系統(tǒng)組成的能夠提供高可靠性和高精度導(dǎo)航數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。本文研究的慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)是把三種不同的子系統(tǒng)組合在一起，可以優(yōu)勢互補，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性，已成為航天領(lǐng)域?qū)Ш郊夹g(shù)的一個重要發(fā)展方向。
　　慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)一般用于空間飛行器，該

2、類飛行器對導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性有很高的要求。高精度導(dǎo)航技術(shù)是發(fā)展空間科技的一個關(guān)鍵支撐點，由于各種條件的限制，我國在空間應(yīng)用中的自主導(dǎo)航、定位能力還難以滿足空間科技發(fā)展的需要，因此對慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文研究了慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航中的若干關(guān)鍵問題，主要內(nèi)容概括如下：
　　針對慣性/衛(wèi)星淺組合導(dǎo)航中的時間同步誤差問題，提出了對誤差進行估計和補償?shù)姆椒?。通過在狀態(tài)向量中擴

3、展時間同步誤差，將誤差估計值輸入到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分數(shù)時延濾波器中完成數(shù)據(jù)的同步處理。針對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾能力差和軟件接收機搜索速度慢的問題，提出利用軟件接收機相關(guān)器解算出來的同相分量和正交分量與慣性導(dǎo)航信息進行深組合的方法。該方法采用慣性導(dǎo)航單元輔助軟件接收機的捕獲和跟蹤，利用載體速度信息提供多普勒頻率數(shù)據(jù)，縮小軟件接收機跟蹤回路的頻率搜索范圍。
　　針對利用星敏感器進行自主定位的問題，提出利用加速度計輔助星敏感器的自主定位矩陣

4、法；在單獨利用星敏感器自主定位時，推導(dǎo)了向量方法來計算當?shù)匚恢?。本文還分析和校正了地球本身的歲差、章動和自轉(zhuǎn)軸運動對方向余弦矩陣產(chǎn)生的影響，探討了由于地球模型引起的緯度差異和重力異常對定位結(jié)果的影響。針對由于星圖中的拖影而使星敏感器無法完成姿態(tài)解算的問題，提出了一種新的圖像去模糊方法。該方法利用慣性測量單元提供的數(shù)據(jù)構(gòu)造載體在曝光時間內(nèi)的相對運動軌跡，從而得到模糊圖像的去模糊核，用于圖像的去模糊處理，來獲取準確清晰的圖像。
　　針

5、對系統(tǒng)模型或外部環(huán)境發(fā)生改變時普通卡爾曼濾波器的狀態(tài)估計誤差容易發(fā)散的問題，提出在慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)中使用基于新息序列的自適應(yīng)卡爾曼濾波方法。通過分析各子系統(tǒng)誤差模型，建立了組合導(dǎo)航系統(tǒng)自適應(yīng)卡爾曼濾波器的狀態(tài)方程和量測方程，并提出采用拉格朗日插值方法對數(shù)據(jù)進行同步處理，解決了多傳感器數(shù)據(jù)融合的時間同步誤差問題。通過比較基于新息的自適應(yīng)算法與其它幾種主要算法的性能，分析了各種算法的優(yōu)缺點和適用場合。
　　針對組合導(dǎo)航系統(tǒng)

6、的突變型故障問題，提出基于有限記憶的在線預(yù)測濾波方法，對新息進行重構(gòu)用于故障檢測處理，并通過實驗比較了基于有限記憶在線預(yù)測濾波方法與傳統(tǒng)故障檢測方法的性能。針對導(dǎo)航傳感器的漸變故障問題，提出基于飛行器動力學(xué)模型的故障診斷濾波器方法，用于分析和處理陀螺、加速度計和星敏感器故障，通過仿真驗證了故障診斷濾波器的性能。
　　在慣性/衛(wèi)星/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)階段，一般通過仿真來驗證導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，因此本文設(shè)計了一種新穎的慣性/衛(wèi)星/天文