地磁辅助的卫星/惯性组合导航技术研究

摘要

随着常规弹药制导化要求的提高，低成本导航组件由于自身精度的局限性，已经较难满足要求。本文针对惯性导航系统中存在的自对准精度低、误差累积等问题，提出了一种基于地磁矢量的初始对准方法，优化了捷联惯性导航系统的姿态更新算法，设计了基于地磁辅助的卫星/惯性组合导航算法，并进行了数值仿真和半实物仿真试验。主要研究内容如下： 1、针对常规低旋弹箭，推导了导航过程中的坐标转换关系，建立了滚转弹体捷联惯性导航系统的力学编排和导航参数更新算法，设计了基于角速率输入的姿态优化算法，并完成了姿态更新算法的仿真分析。 2、研究了地磁探测技术在弹丸滚转角辨识系统中的应用，并建立了不同维度地磁矢量计算滚转角的数学模型；提出了基于地磁和加速度计的初始粗对准方法，设计了一种基于地磁辅助的初始精对准算法，并对精对准算法的精度和收敛速度进行了仿真分析。 3、基于卡尔曼滤波技术，设计了地磁辅助的卫星/惯性组合导航算法，建立了组合导航系统的状态方程和量测方程；以火箭弹的飞行弹道作为仿真条件，完成了纯惯性导航算法、地磁辅助的惯性组合导航算法、卫星/惯性组合导航算法和地磁辅助的卫星/惯性组合导航四种算法的仿真及对比分析，结果显示，地磁辅助可以有效地提高导航系统的精度。 4、根据本文提出的组合导航算法要求，设计了地磁辅助的卫星/惯性组合导航硬件系统，在双轴转台上进行了半实物仿真试验，对组合导航硬件系统和组合导航算法进行了验证。 数值仿真和半实物仿真试验显示，地磁辅助的卫星/惯性组合导航系统的初始对准和导航精度得到了改善，研究成果在低旋常规弹箭制导控制中具有较好的适用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 组合导航系统基础理论

2.1 组合导航坐标系

2.2 捷联惯性导航系统基本理论

2.3 卫星导航系统

2.4 卫星/惯性组合导航技术

2.5 本章小结

3 基于地磁矢量的姿态解算算法

3.1 地磁场基本理论

3.2 地磁场数学模型

3.3 地磁姿态测量原理

3.4 本章小结

4 惯性导航系统初始对准算法研究

4.1 初始粗对准方法研究

4.2 地磁辅助的初始精对准方案设计

4.3 本章小结

5 地磁辅助的卫星/惯性组合导航算法

5.1 捷联惯性导航算法优化与仿真

5.2 地磁辅助的卫星/惯性组合导航算法研究

5.3 仿真结果及分析

5.4 本章小结

6 组合导航硬件系统设计与验证

6.1 组合导航硬件系统设计

6.2 组合导航系统半实物仿真试验

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

附录1 基本导航系统矩阵

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢