基于地磁-天文的飛行器自主導(dǎo)航方法研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：V249.32+9 學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：629.7 密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文 工學(xué)碩士學(xué)位論文基于地磁/天文的飛行器自主導(dǎo)航方法研究碩 士 研 究 生：孫琦導(dǎo) 師：王常虹教授申 請 學(xué) 位：工學(xué)碩士學(xué) 科：控制科學(xué)與工程所 在 單 位：航天學(xué)院答 辯 日 期：2016 年 6 月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘 要導(dǎo)航系統(tǒng)是航天飛行器上的重要組成部分，精確的導(dǎo)航參數(shù)對飛行器

2、執(zhí)行飛行任務(wù)具有重要的意義。飛行器自主導(dǎo)航，不與外部系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，完全依賴自身所載的敏感元器件自主地完成導(dǎo)航任務(wù)。隨著航天任務(wù)的不斷發(fā)展，自主導(dǎo)航逐漸成為了航天技術(shù)發(fā)展的重點，也為飛行器控制技術(shù)提供了重要的研究方向。本文針對目前應(yīng)用的基于星敏感器/紅外地平儀的天文導(dǎo)航方法只適用于高軌道衛(wèi)星的局限以及地磁匹配導(dǎo)航方法導(dǎo)航精度受到基準(zhǔn)地磁模型精度的限制的問題，采用三軸磁強計與星敏感器，將地磁信息與星光信息相結(jié)合，提出了地磁/天文自主導(dǎo)航

3、方法。該導(dǎo)航方法具有實現(xiàn)簡單、自主性強、導(dǎo)航誤差不隨時間累積、導(dǎo)航精度高等特點，是一種切實可行的自主導(dǎo)航方法。基于本文提出的地磁/天文自主導(dǎo)航方法，建立了系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。以緯度、經(jīng)度、高度以及地理坐標(biāo)系下三軸的速度作為狀態(tài)量，根據(jù)一般的動力學(xué)方程，建立了系統(tǒng)狀態(tài)方程，以三軸磁強計敏感的地磁場強度矢量與星敏感器敏感的星光矢量之間的夾角作為量測量，建立了量測方程。根據(jù)地磁/天文自主導(dǎo)航的非線性狀態(tài)空間模型，設(shè)計了基于 UKF 的導(dǎo)航濾波

4、算法， 并針對 UKF 算法對濾波初始值敏感的缺點設(shè)計了改進(jìn) UKF 算法—AUKF導(dǎo)航濾波算法。通過 Matlab 軟件對基于 UKF/AUKF 算法的地磁/天文自主導(dǎo)航方法進(jìn)行了仿真驗證和深入分析。 仿真結(jié)果表明， 本文提出的地磁/天文導(dǎo)航方法能夠完成飛行器的自主導(dǎo)航任務(wù)，為其提供位置、速度等導(dǎo)航參數(shù)，具有良好的收斂性、導(dǎo)航精度和動態(tài)性能。分析不同仿真條件下的仿真結(jié)果，地磁/天文自主導(dǎo)航方法的導(dǎo)航性能可以通過提高敏感器精度、縮短采樣