基于多普勒雷達(dá)的機(jī)載自主組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、以我國(guó)武裝直升機(jī)機(jī)載長(zhǎng)航時(shí)自主式組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研制為背景，深入研究了無(wú)衛(wèi)星情況下在現(xiàn)有的多普勒導(dǎo)航雷達(dá)和氣壓高度表上加裝低成本航空級(jí)光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)和被動(dòng)式成像系統(tǒng)，構(gòu)建一種圖像匹配定位輔助的多普勒雷達(dá)/光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)/氣壓高度表自主組合導(dǎo)航系統(tǒng)。研究?jī)?nèi)容涉及算法研究、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐等多方面。所做的工作可歸納如下:
　　 (1)對(duì)多普勒雷達(dá)、光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)、圖像匹配定位算法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，尤其是對(duì)多普勒雷達(dá)和基于多普

2、勒雷達(dá)的機(jī)載組合導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷史和背景做了較為詳細(xì)的介紹和分析，闡明了課題研究的意義。
　　 (2)建立了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所要使用的各種坐標(biāo)系，對(duì)光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)的主要誤差源建立了Allan方差分析模型。同時(shí)，對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航的基本解算方法及誤差模型進(jìn)行了研究，包括高精度的多子樣姿態(tài)矩陣解算方法以及位置、速度更新算法。
　　 (3)對(duì)多普勒雷達(dá)的測(cè)速原理進(jìn)行了研究，并對(duì)其主要的測(cè)頻誤差進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)了多普勒雷達(dá)的測(cè)速信號(hào)濾波算法

3、，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。介紹了基于航位推算原理的現(xiàn)有多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的定位模型和氣壓高度表的測(cè)高原理。
　　 (4)系統(tǒng)地分析和建立了多普勒雷達(dá)同光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)和氣壓高度表的三種組合模式和模型，進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，針對(duì)緊耦合模式，提出了一種簡(jiǎn)化模型，提高了系統(tǒng)的計(jì)算速度。針對(duì)實(shí)際中觀測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性難以精確估計(jì)的特性，分析和設(shè)計(jì)了一種模糊自適應(yīng)濾波模型。同時(shí)，由于多普勒雷達(dá)/光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)/氣壓高度表采用速度+高度組合模式，其

4、定位誤差依然會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，因此，研究了采用圖像匹配定位輔助多普勒雷達(dá)/光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)/氣壓高度表的方法，提出了一種領(lǐng)域快速搜索匹配方案，并對(duì)特征點(diǎn)提取算法在圖形處理器上進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，很大程度地提高了特征點(diǎn)的提取速度。
　　 (5)對(duì)實(shí)際工程中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。由于多普勒雷達(dá)在平靜的水面和沙漠上空會(huì)容易失鎖，提出了一種雷達(dá)失鎖和濾波異常的檢測(cè)方法。針對(duì)多普勒雷達(dá)測(cè)速過(guò)程中出現(xiàn)各種類型野值的情況，提出了一種基于正交新息特

5、性的多普勒雷達(dá)野值實(shí)時(shí)剔除算法。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，安裝誤差會(huì)較大程度地影響組合導(dǎo)航系統(tǒng)的整體精度，故對(duì)多普勒雷達(dá)各波束間的配置誤差以及多普勒雷達(dá)同載機(jī)間的安裝誤差估計(jì)算法進(jìn)行了研究。針對(duì)多普勒雷達(dá)同光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)在各組合模式下刻度系數(shù)誤差的估計(jì)問(wèn)題，提出了一種標(biāo)定算法。
　　 (6)根據(jù)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了一種基于浮點(diǎn)DSP+FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并編程實(shí)現(xiàn)了ARINC429總線通訊協(xié)議和

6、MIL-STD-1553B總線RT功能。針對(duì)無(wú)信標(biāo)情況下多普勒雷達(dá)同光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)間數(shù)據(jù)不同步的問(wèn)題，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種高精度信息同步軟件算法。
　　 (7)對(duì)所設(shè)計(jì)的組合導(dǎo)航原理樣機(jī)進(jìn)行了大量的考核試驗(yàn)。包括多普勒雷達(dá)/光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)/氣壓高度表組合導(dǎo)航系統(tǒng)的桌面靜置試驗(yàn)、雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)、地面閉環(huán)重復(fù)性跑車試驗(yàn)、單向高速路跑車試驗(yàn)以及對(duì)圖像匹配定位導(dǎo)航系統(tǒng)的直升機(jī)掛飛試驗(yàn)等。最終的試驗(yàn)結(jié)果均比較理想，導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)姿、定位精度較高，所設(shè)