高空長航無人機多信息融合自主導航關鍵技術研究.pdf

1、無人機以低成本、零傷亡等突出優(yōu)勢在軍事和民用領域得到廣泛應用，飛行高度高、續(xù)航時間長的高空長航無人機是無人機領域的研究重點和熱點。高空長航無人機實現(xiàn)自主飛行的關鍵在于其必須具備高精度的自主導航能力，高精度導航技術已成為制約無人機性能提升的關鍵技術。結(jié)合無人機自主控制對導航系統(tǒng)高精度和高可靠性的迫切需求，本文主要開展了高空長航無人機多信息融合關鍵技術研究，研究并提出了適用于高空長航無人機的多信息融合自主導航方案和算法，為高空長航無人機自主

2、導航系統(tǒng)的研究和應用提供了理論基礎。
　　 本文在綜合分析高空長航無人機對自主導航精度和可靠性需求的基礎上，主要研究了無人機高精度捷聯(lián)慣性導航算法以及以慣性導航為基礎的多信息融合自主導航方案和算法，其目的在于充分利用無人機機載導航傳感器信息，以提高無人機自主導航系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
　　 為有效克服無人機自主導航系統(tǒng)對GPS的依賴性，論文研究了基于天文導航輔助的慣性/天文組合導航定位算法。論文分析提出了多圓交匯天文定位算

3、法，該算法數(shù)值計算穩(wěn)定性強，并能實時獲取天文定位誤差估計，從而為慣性/天文組合量測誤差建模提供了信息；論文提出了基于魯棒H∞濾波器的慣性/天文自適應定位組合導航算法，有效提高了組合導航系統(tǒng)的魯棒性和導航精度；此外，分析建立了天文觀測高度角與慣性導航系統(tǒng)平臺誤差角、經(jīng)緯度誤差的量測模型，設計了以天文觀測高度角為量測信息的耦合慣性平臺誤差角的慣性/天文緊組合算法，實現(xiàn)了單顆可見星下的天文定位，有效提高了捷聯(lián)慣性/天文組合導航的穩(wěn)定性。

4、>　　 高空偵察攝像是高空長航無人機的重要功能，因此對導航系統(tǒng)的定姿和定位精度都有較高高的要求。為進一步提升慣性/天文組合定姿、定位的精度，論文研究了基于GPS輔助的慣性/星光多信息融合導航系統(tǒng)，以有效提升導航系統(tǒng)性能。論文提出了慣性/GPS/星敏感器集中濾波組合導航方案，針對多傳感器融合中的量測滯后和非等間隔輸出問題，建立了基于外推的GPS信息補償算法，設計了多傳感器異步集中濾波算法；針對GPS信息不可用的情況，論文提出了耦合慣性位

5、置誤差的機載慣性/星光組合濾波算法，引入經(jīng)緯度誤差轉(zhuǎn)換矩陣，建立了星敏感器測量的姿態(tài)與慣導計算輸出的地理系姿態(tài)之間的耦合誤差模型，提高了組合系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　 考慮到基于星光觀測的天文導航系統(tǒng)受高度和氣候等條件限制，論文研究了基于大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)輔助的慣性/GPS組合導航系統(tǒng)。一方面，利用大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供的氣壓高度、空速信息輔助慣導，設計了ADS輔助的SINS/GPS松組合導航算法：另一方面，考慮到緊組合的穩(wěn)定性更高，推導了基于G

6、PS偽距、偽距率的非線性量測模型，提出了基于UKF非線性濾波方法的SINS/GPS緊組合算法，保證了組合導航系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
　　 結(jié)合高空長航無人機的特性研究提高慣性導航系統(tǒng)精度的算法，發(fā)揮其全自主的優(yōu)勢，對提高高空長航無人機自主導航系統(tǒng)精度依然有重要的意義。論文深入分析并提出了高精度改進捷聯(lián)慣性導航算法，提高了捷聯(lián)慣導的精度。為有效驗證改進捷聯(lián)算法的性能，論文設計了基于運動學的無人機動態(tài)航跡仿真算法，建立了無人機姿態(tài)機動