自動轉移飛行器慣性-天文-地基偽衛(wèi)星組合導航關鍵技術研究.pdf

1、論文以自動轉移飛行器為應用背景，為實現(xiàn)高精度強自主的導航目的開展了基于慣性導航、天文導航和地基偽衛(wèi)星導航的組合導航關鍵技術研究，針對各種導航方式存在的關鍵問題提出了相應的解決辦法或改進措施并進行了仿真試驗驗證，結合自動轉移飛行器的飛行特點設計了組合導航方案并開展了仿真試驗分析，利用已有的試驗平臺開展了組合導航半實物仿真系統(tǒng)的研制并進行了組合導航半實物仿真試驗。論文的主要研究成果和結論如下：
　?。?）研究了慣性導航中慣性器件測量噪

2、聲的分析方法和純慣性導航的導航精度。針對利用Allan方差技術分析慣性器件測量噪聲時如何客觀準確估計各噪聲強度的問題提出了一種基于矩陣變換、球體變換和超平面約束的最優(yōu)化迭代算法，對光纖陀螺實測數(shù)據(jù)的分析表明該算法相對于其它方法具有更好的估計效果；依據(jù)推導的慣性導航擾動方程研究了不同條件下純慣性導航在自動轉移飛行器典型軌道終點處的導航精度，結果表明在初始狀態(tài)和慣性器件的精度都較高時導航終點處的位置和速度的精度分別可達6km和0.34m/s

3、左右，對于中等精度的初始狀態(tài)和慣性器件則導航終點處的位置和速度的精度分別在15km和1.2m/s左右。
　　（2）研究了天文導航中星像點質心提取、星圖識別、星敏定姿和折射星檢測等一些基礎性問題。針對振動環(huán)境下恒星在星敏感器中成像模糊的問題建立慣性測量信息輔助的質心提取模型并提出了輔助質心提取算法，仿真分析表明在振動環(huán)境下傳統(tǒng)算法的質心提取精度嚴重下降而輔助算法的精度依然可以達到百分之一像素；對于星圖盲捕提出了基于最短距離映射的識別

4、算法，仿真分析了算法在小視場情況下的識別性能，結果表明當星像點質心誤差在0.5像素以內(nèi)、星等誤差在0.3以內(nèi)和丟星或假星不超過2顆時算法的識別成功率仍能達到98％；對于星圖跟蹤設計了跟蹤策略并建立了基于姿態(tài)先驗信息的跟蹤模型，仿真結果表明當姿態(tài)先驗信息精度優(yōu)于1°時即便星圖中的星像點少于3顆星圖跟蹤的識別成功率也可達到80%以上；在考慮星敏系統(tǒng)誤差的基礎上提出了一種基于星像點坐標殘差平方和最小的姿態(tài)確定算法，仿真表明對于單像素角分辨率為

5、42″的星敏當其系統(tǒng)誤差在0.1像素以內(nèi)時該算法的定姿精度可在2″以內(nèi)；提出了一種基于χ2檢驗的折射星檢測方法，仿真結果表明該方法檢測出的766顆折射星中僅有2顆誤檢。
　?。?）研究了地基偽衛(wèi)星導航中偽距和偽距變率測量精度的估計方法、定位定速模型的改進方法和定位定速精度的評估方法。利用地基偽衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以形成較差定位構型的特點，提出了一種適用于地基偽衛(wèi)星導航系統(tǒng)的偽距和偽距變率的測量精度估計方法，仿真分析表明在外測定位和定速的

6、精度分別優(yōu)于40m和1.8m/s且桿臂長度不超過4m時該方法估計出偽距和偽距變率的測量精度的相對誤差均在5%以內(nèi)；提出了一種基于接收機鐘差約束的地基偽衛(wèi)星定位定速改進方法，仿真結果表明在典型軌道終點處改進算法相對于典型算法的定位和定速的精度分別提高了15倍和13倍左右；提出了一種利用PDOP折算導航誤差并統(tǒng)計導航精度的基于單次飛行試驗的地基偽衛(wèi)星導航精度評估方法，仿真表明該方法獲得的導航精度與多次打靶統(tǒng)計的導航精度基本一致，可以用作導航

7、精度的評估。
　?。?）研究了基于慣性信息、天文信息和地基偽衛(wèi)星信息的不同形式的組合導航的性能，分析了導航器件測量精度對組合導航性能的影響。在推導了相應組合導航狀態(tài)方程和觀測方程的基礎上分別開展了基于加表虛擬觀測的組合導航、慣性/天文組合導航、慣性/地基偽衛(wèi)星組合導航和慣性/天文/地基偽衛(wèi)星組合導航的仿真試驗研究，結果表明隨著天文信息和地基偽衛(wèi)星信息的加入組合導航精度不斷提高，最終的定位定速定姿精度分別可達10.4m、0.001m

8、/s和0.2″；正交試驗表明在加表零偏穩(wěn)定性優(yōu)于80μg、陀螺零偏優(yōu)于0.05deg/h、星敏測角精度優(yōu)于10″、偽距精度優(yōu)于10m和偽距變率精度優(yōu)于0.1m/s的條件下組合導航系統(tǒng)在終點處的定位定速定姿精度分別可在40m、0.005m/s和2″以內(nèi)。
　?。?）開展了慣性/天文/地基偽衛(wèi)星組合導航半實物仿真系統(tǒng)的研究。設計了組合導航半實物仿真系統(tǒng)的總體方案并完成了其中的天文導航半實物仿真系統(tǒng)的搭建?；谝淹瓿傻牟糠纸M合導航半實物