飛行器慣性-地磁-天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、組合導(dǎo)航系統(tǒng)整合了不同的導(dǎo)航方式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性，已成為現(xiàn)代飛行器自主導(dǎo)航的重要手段，在軍事和民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
　　本文分析了慣性導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、天文導(dǎo)航的各自特點(diǎn)，對(duì)慣性/地磁/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)在飛行器自主導(dǎo)航領(lǐng)域中應(yīng)用的理論和技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面：
　　1)采用克里金插值方法構(gòu)建出基準(zhǔn)地磁圖，該方法構(gòu)建的地磁圖具有較高的精度，可以準(zhǔn)確反映構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的地磁場(chǎng)信息

2、，為進(jìn)一步研究地磁導(dǎo)航技術(shù)提供了基礎(chǔ)。通過(guò)分析相關(guān)算法在地磁場(chǎng)平緩區(qū)域應(yīng)用時(shí)誤匹配率高、實(shí)時(shí)性差等弊病的成因，提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)的概率關(guān)聯(lián)算法并分析了地磁基準(zhǔn)圖噪聲和磁傳感器測(cè)量噪聲對(duì)定位誤差的影響。該方法在地磁異常場(chǎng)微弱區(qū)域仍然具有良好的匹配定位性能，且不需要隨時(shí)間累積或路徑累積來(lái)進(jìn)行匹配，提高了匹配的實(shí)時(shí)性，具有工程應(yīng)用價(jià)值。
　　2)針對(duì)地磁導(dǎo)航的特點(diǎn)，研究了在地磁異常場(chǎng)變化較劇烈區(qū)域基于EKF的慣性/地磁組合導(dǎo)航算法。

3、分析了在地磁異常場(chǎng)被大大削弱地區(qū)采用擬合方法進(jìn)行地磁導(dǎo)航時(shí)引起濾波發(fā)散的原因，提出了一種模糊自適應(yīng)強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波器，通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤磁場(chǎng)量測(cè)噪聲的變化，保證系統(tǒng)濾波精度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　3)針對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差隨時(shí)間累積的問(wèn)題，提出了一種慣性/天文自主組合導(dǎo)航方法，該方法以天文高度角與方位角為觀測(cè)量，利用慣性導(dǎo)航設(shè)備為天文導(dǎo)航提供水平基準(zhǔn)，保證了算法的實(shí)時(shí)性，有效提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。針對(duì)工程應(yīng)用中量測(cè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性可能

4、改變的問(wèn)題，提出了一種基于自適應(yīng)交互多模型濾波算法。該算法無(wú)需預(yù)先確定模型集，當(dāng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)量測(cè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性變化時(shí)，能夠以較少的模型數(shù)目實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際模態(tài)的覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)量測(cè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性變化的自適應(yīng)調(diào)整。該算法較好地覆蓋了實(shí)際模態(tài)變化情況，在觀測(cè)值發(fā)生異常時(shí)，導(dǎo)航參數(shù)誤差沒(méi)有大的跳變，可以得到較高的濾波精度，并具有良好的穩(wěn)定性，提高了整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和可靠性。
　　4)分析了全飛行時(shí)段慣性/天文/地磁組合導(dǎo)航算法的工作流程，并進(jìn)

5、行了仿真研究。針對(duì)慣性/天文/地磁組合導(dǎo)航系統(tǒng)因慣性/天文或慣性/地磁子系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)被錯(cuò)誤信息干擾的問(wèn)題，采用一種容錯(cuò)濾波算法來(lái)提高導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)失效問(wèn)題，提出了一種基于地磁/天文信息的飛行器自主導(dǎo)航方法。該方法利用地磁場(chǎng)的矢量特性，將星光與地磁矢量的夾角作為觀測(cè)量，利用UKF濾波方法估計(jì)飛行器的導(dǎo)航參數(shù)。數(shù)值及半物理仿真研究表明：該方法是可行的，可用于平原，海洋等無(wú)明顯地標(biāo)特征的區(qū)域，也可以作為備份導(dǎo)航系統(tǒng)