高超声速飞行器组合导航技术及其半物理仿真研究

摘要

本文以高超声速飞行器为研究对象，针对高超声速飞行器导航系统全自主、高可靠、高精度的应用需求，对主从冗余惯导/卫星/星光多传感器数据融合组合导航系统设计的相关技术进行了理论和仿真研究，并以理论研究为基础搭建半物理仿真平台，进行了阶段性实验验证。论文的主要研究内容包括：
　　首先，给出了高超声速飞行器组合导航技术所涉及的空间坐标系，推导了高超声速飞行器空间运动方程，设计了高超声速飞行器轨迹发生器，建立了惯导系统的数学模型及误差传播方程。
　　其次，对捷联惯性导航系统的器件冗余方法和特性进行了较为全面的研究和分析。基于惯性元件奇偶校验原理，设计主从冗余惯导系统方案，通过对惯导装置中的测量信息进行奇偶校验处理，实现惯导系统的故障诊断，保证了核心导航装置的可靠性。
　　然后，对多源导航传感器信息融合组合导航方法进行了研究。通过对卫星导航和星光导航系统原理和误差特性的分析，设计惯性/卫星、惯性/星光组合导航卡尔曼滤波器，基于滤波误差方差阵求迹法的信息分配原则，完成组合导航联邦滤波器设计。
　　最后，在上述研究成果基础上，搭建基于GPS接收机、惯导器件等实际物理设备的组合导航系统半物理仿真平台，并利用此半物理仿真平台对组合导航方法性能进行了初步验证分析。

目录

高超声速飞行器组合导航技术及其半物理仿真研究

Research on Integrated Navigation Technology and Semi-physical Simulation of Hypersonic Vehicle

摘要

Abstract

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 组合导航系统发展现状

1.2.2 卡尔曼滤波技术的发展

1.2.3 多传感器信息融合方法

1.3 论文的主要研究内容

第2章 参考坐标系及模拟轨道设计

2.1 坐标系定义及其转换

2.1.1 坐标系定义

2.1.2 坐标系之间的转换

2.2 模拟轨道设计

2.2.1 基本假设

2.2.2 高超声速飞行器空间运动方程

2.2.3 总体参数选择

2.2.4 数学仿真

2.3 本章小结

第3章 主从冗余惯性导航系统设计

3.1 引言

3.2 捷联惯导解算及误差传播方程

3.2.1 捷联惯导基本算法

3.2.2 捷联惯导系统误差传播方程

3.3 主从冗余惯性导航系统方案设计

3.3.1 系统硬件组成

3.3.2 惯性元件奇偶校验原理

3.3.3 主从冗余惯性导航系统奇偶校验法

3.4 数学仿真

3.5 本章小结

第4章 基于多源导航传感器信息融合组合导航方法

4.1 引言

4.2 辅助导航原理与误差分析

4.2.1 GPS定位原理与误差分析

4.2.2 星光导航原理与误差分析

4.3 惯导/卫星/星光多传感器信息融合算法

4.3.1 联邦滤波器设计

4.3.2 局部卡尔曼滤波器设计

4.3.3 信息分配系数求取

4.4 数学仿真

4.5 本章小结

第5章 半物理仿真系统的设计与仿真验证

5.1 引言

5.2 半物理仿真系统结构与组成

5.2.1 结构设计

5.2.2 硬件组成

5.3 半物理仿真结果与分析

5.3.1 GPS数据采集试验

5.3.2 惯导/GPS组合导航数据处理试验系统

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢