基于GBAS的高精度进近着陆组合导航方法研究

摘要

本文以可重复使用运载器为研究对象，开展基于卫星导航陆基增强系统的高精度进近着陆组合导航方法研究。传统的惯性导航系统是一种全自主的导航手段，数据更新周期短，能够提供可靠性的连续导航，但其长期定位精度差；而GBAS能够提供长期高精度定位信息，但数据更新周期较长，可靠性受到外界干扰影响，很难保证在复杂天气情况下的连续导航。为保障 RLV在进近着陆过程中导航系统的可靠性与连续性，以及提供进近着陆所需的导航精度，采用GBAS辅助惯性导航的组合导航方式以满足RLV的进近着陆导航需求。本文的主要研究内容如下：
　　首先，建模分析RLV惯性导航系统模型，以“北-天-东”坐标系为导航坐标系，推导SINS解算模型及SINS非线性误差传播模型，建立陀螺仪和加速度计测量误差模型，根据标称轨迹开展惯性导航数值仿真分析，验证模型的正确性。
　　然后，重点开展对卫星导航陆基增强系统的研究，包括分析陆基增强系统构成、误差来源和相应的修正算法以及解算方法。GBAS由空间导航卫星、地面系统和用户三部分构成，影响其定位精度的误差主要有地面接收机误差、电离层延迟和对流层延迟，其中对对流层延时进行了重点研究。在Hopfield改进模型的基础上，通过对基准站地区的气象数据进行统计、分析和建模，计算对流层折射指数、均值大气高度和折射不确定度等参数，建立差分对流层修正模型。在伪距差分算法中引入对流层延迟项，通过GDOP选星算法和GBAS解算方法，求出具有较高精度的用户位置坐标，提高 RLV在进场着陆过程中的导航精度。根据建立的卫星、用户及误差模型，对卫星导航陆基增强系统进行综合仿真验证，对比分析传统的卫星导航（GPS）、差分卫星导航（DGPS）及卫星导航陆基增强系统（GBAS）三种导航方式的定位精度，验证了陆基增强系的有效性。
　　最后，进行SINS/GBAS组合导航系统建模与数值仿真分析工作。利用SINS的非线性误差传播模型，以GBAS输出的精确位置信息为基础，以EKF为核心滤波算法，建立SINS/GBAS组合导航系统滤波器并给出“输出+反馈”的组合导航复合修正结构；利用MATLAB/Simulink仿真工具，搭建了SINS/GBAS组合导航系统仿真模块开展数值仿真，验证了基于SINS/GBAS组合导航的RLV精密进近着陆导航系统方案的可行性。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2可重复使用运载器在国内外的研究现状

1.3卫星导航技术的国内外研究现状

1.4组合导航滤波技术研究现状

1.5本文主要研究内容及结构安排

第2章 RLV惯性导航系统建模

2.1引言

2.2坐标基准与坐标转换关系

2.3捷联惯导解算模型

2.4捷联惯导非线性误差传播模型

2.5捷联惯导工具误差模型与误差参数设置

2.6惯性导航仿真

2.7本章小结

第3章 卫星导航陆基增强系统构成

3.1引言

3.2空间导航卫星

3.3地面系统

3.4用户系统（RLV）

3.5参考系统

3.6本章小结

第4章 GBAS误差分析及修正算法

4.1引言

4.2地面接收机误差

4.3电离层误差

4.4对流层误差

4.5误差修正数据编组

4.6本章小结

第5章 陆基增强系统解算方法

5.1引言

5.2伪距差分算法

5.3导航星座选取算法

5.4 GBAS解算原理

5.5 GBAS仿真实验

5.6本章小结

第6章 SINS/GBAS组合导航系统建模

6.1引言

6.2扩展卡尔曼滤波算法

6.3 SINS/GBAS组合导航扩展卡尔曼滤波器设计

6.4 GBAS辅助惯性导航修正策略

6.5 SINS/GBAS组合导航系统仿真分析

6.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢