臨近空間飛行器的INS-GPS組合導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、自美國提出臨近空間(Near Space)新概念之后，各國開始競相發(fā)展臨近空間事業(yè)，其中對于臨近空間飛行器的研發(fā)成為熱點，而對于臨近空間飛行器至關(guān)重要的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)也受到越來越多的關(guān)注。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strap-down Inertial NavigationSystems，SINS)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是兩種較常用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，將兩者組合不僅可以克服單一系統(tǒng)的不足，還可以

2、充分體現(xiàn)各子系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性。本文主要研究發(fā)射點慣性坐標系下，SINS/GPS緊組合導(dǎo)航技術(shù)，并針對緊組合中狀態(tài)方程和量測方程非線性問題，引入了稀疏網(wǎng)格求積分濾波算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在發(fā)射點慣性坐標系中，考慮地球引力加速度的影響，研究臨近空間飛行器動力學模型，推導(dǎo)了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的速度誤差方程和基于大失準角的姿態(tài)誤差方程。⑵研究GPS軌道分布，給出了GPS衛(wèi)星軌道及衛(wèi)星坐標計算方法，并對GPS

3、位置進行仿真。為了保證導(dǎo)航精度的同時減少計算量，根據(jù)GPS衛(wèi)星的分布以及飛行器的位置，采用四面體選星算法，對參與導(dǎo)航的GPS衛(wèi)星進行判斷和篩選。比較SINS/GPS的不同組合模式，重點研究SINS/GPS緊組合導(dǎo)航技術(shù)，并給出了緊組合方式下組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測方程。⑶針對基于偽距、偽距率的SINS/GPS緊組合導(dǎo)航算法中的狀態(tài)方程和量測方程均為非線性方程的情況，引入稀疏網(wǎng)格求積分濾波算法。以貝葉斯濾波框架為基礎(chǔ)，給出了非線性高斯

4、濾波算法。針對非線性高斯濾波中的多維積分問題，引入稀疏網(wǎng)格方法，研究單變量Gauss-Hermite積分準則，并介紹了由單變量積分點配置多維積分點方法。⑷為了考察SINS/GPS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能，設(shè)計了基于稀疏網(wǎng)格求積分濾波算法的SINS/GPS緊組合數(shù)學仿真平臺，并從以下四個方面對SINS/GPS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)進行了仿真和分析：①UKF和稀疏網(wǎng)格求積分濾波算法在SINS/GPS緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的對比;②不同傳感器精度對緊組合導(dǎo)航系統(tǒng)