大飞机综合导航算法研究

论文摘要

飞行管理系统(FMS)是大型飞机数字化航空电子系统的核心,它通过组织、协调和综合机上多个航空电子系统和机电子系统的功能与作用,生成飞行计划,并在整个飞行过程中全程保证该飞行计划的实施,实现飞行任务的自动控制。综合导航系统是飞行管理系统的核心子系统之一,管理包括惯性导航系统(INS)、全球卫星定位系统(GPS)、无线电导航系统(VOR/DME)、大气数据计算机系统(ADS)、星敏感器(CNS)等所有机载导航设备,并通过最优滤波算法实时得到当前飞机的各种导航信息。本论文对机载综合导航算法进行了深入研究,从导航系统工作原理入手,分别对捷联惯导系统、GPS导航系统、无线电导航系统及CNS导航系统建模及仿真,深入研究综合导航子滤波器的组合算法。在此基础上采用联邦滤波技术将各导航子滤波器数据进行融合。最后在基于Vxworks操作系统的飞行管理系统实时仿真平台上运行成功。论文的主要新颖性工作如下:(1)提出了一种INS/无线电斜距组合方式,与传统的位置组合相比显著提高了定位精度。(2)对星敏感器应用于机载综合导航进行了一定探索性研究,利用星敏感器高精度姿态信息修正惯导陀螺漂移,进而提高导航精度。(3)将机载综合导航算法移植到基于Vxworks操作系统的实时仿真平台上,并通过仪表及实景仿真系统显示其仿真效果,能非常直观的检验各种综合导航算法。本文通过搭建大飞机综合导航系统仿真平台的整个过程,确定了综合导航系统的基本结构框架,并在其基础上仿真并比较验证了若干新型的组合导航算法。对飞行管理系统和综合导航分系统的研究做出了一些有益的尝试并为更进一步的研究打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 国内外相关技术发展现状
• 1.2.1 惯性导航系统（INS）
• 1.2.2 全球定位系统（GPS）
• 1.2.3 无线电导航系统
• 1.2.4 天文导航系统
• 1.2.5 应用多传感器信息融合技术的综合导航技术
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 导航滤波理论
• 2.1 卡尔曼滤波理论
• 2.1.1 问题描述
• 2.1.2 滤波算法
• 2.2 卡尔曼滤波在导航中的应用
• 2.2.1 滤波器状态选取
• 2.2.2 组合方式选取
• 2.3 综合导航算法原理
• 2.2.1 集中滤波算法原理
• 2.3.2 联邦滤波算法原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 导航子系统建模与仿真
• 3.1 飞行轨迹仿真
• 3.1.1 飞行轨迹仿真原理
• 3.1.2 飞行轨迹仿真实例
• 3.2 INS导航仿真
• 3.2.1 惯性仪表量测量仿真原理
• 3.2.2 捷联解算算法仿真原理
• 3.2.3 INS仿真实例
• 3.4 无线电导航仿真
• 3.4.1 VOR/DME导航原理
• 3.4.2 DME/DME导航原理
• 3.4.3 VOR/DME仿真实例
• 3.4.4 DME/DME仿真实例
• 3.5 GPS导航仿真
• 3.5.1 GPS导航定位基本原理
• 3.5.2 GPS误差
• 3.6 本章小结
• 第4章 多信息源综合导航子滤波器设计
• 4.1 INS/GPS组合仿真
• 4.1.1 INS误差方程
• 4.1.2 INS误差状态方程
• 4.1.3 组合量测方程
• 4.1.4 仿真结果
• 4.2 INS/无线电子滤波器
• 4.2.1 VOR/DME/INS组合仿真
• 4.2.2 DME/DME/INS组合仿真
• 4.3 INS/星敏感器组合仿真
• 4.3.1 星敏感器和INS四元数组合状态方程
• 4.3.2 星敏感器和INS四元数组合量测方程
• 4.3.3 星敏感器和INS姿态角组合
• 4.3.4 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 多信息源综合导航实时系统仿真
• 5.1 联邦滤波实现多信息源综合导航
• 5.1.1 组合导航系统联邦滤波结构
• 5.1.2 仿真实验
• 5.2 综合导航实时仿真系统实现
• 5.2.1 RTW和VxWorks实时仿真平台
• 5.2.2 飞行管理实时仿真系统框架
• 5.2.3 综合导航实时仿真系统
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢