机载惯导/天文组合导航技术研究及仿真验证

论文摘要

本文主要研究机载惯导/天文组合导航中的关键技术并对其进行仿真试验。惯导作为大多数飞机的主导航系统存在误差积累的问题,解决这个问题的最好方法是组合导航,而现在运用较为广泛的惯导/卫星组合导航却存在战时抗干扰能力差的弱点。天文导航是一种抗电磁干扰能力强和姿态精度高的导航方式,其与惯导进行组合可以较好的解决惯导的误差积累问题和使用卫星导航抗干扰能力弱的问题。文章分析了惯导中主要误差源的传播过程和特性,重点考虑了陀螺漂移造成的误差积累问题;重点研究了天文导航中的星图模拟、星图提取、星图匹配识别和姿态输出误差特性等关键技术,并对星图模拟和星图匹配识别算法进行了改进;采用卡尔曼滤波技术实现了基于校正陀螺漂移的惯导/天文组合导航;运用RT-LAB实时分布式仿真平台,结合一定的作战背景,建立仿真系统,验证机载惯导/天文组合导航在实战环境下的强抗干扰能力和较高的导航精度。通过理论分析和仿真试验得出结论:陀螺漂移是造成惯导误差积累的主要因素;改进后的星图模拟和匹配识别算法更适合机载环境下的天文导航;基于校正陀螺漂移的惯导/天文组合导航比传统组合方法具有更高的精度;所构建的实时分布式仿真系统不仅能满足现在的纯软件仿真要求,也为下一步实物仿真打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 各种导航方式简介
• 1.3 惯导/天文组合导航技术的发展概述
• 1.3.1 惯性导航的发展
• 1.3.2 天文导航的发展
• 1.3.3 惯导/天文组合导航的发展
• 1.4 本文研究的主要内容和意义
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 惯性导航误差分析
• 2.1 惯性导航基本原理和实现方法
• 2.1.1 惯性导航的分类
• 2.1.2 捷联惯导的解算原理和实现方法
• 2.1.3 捷联惯导的基本方程
• 2.2 惯性导航的误差分析
• 2.2.1 误差源分析
• 2.2.2 误差方程
• 2.2.3 误差传播过程
• 2.3 惯性导航误差特性的仿真验证
• 2.3.1 陀螺漂移仿真
• 2.3.2 多误差源仿真
• 2.4 本章小结
• 第三章 天文导航关键技术研究
• 3.1 天文导航的基本原理
• 3.1.1 常用坐标系及其转换关系
• 3.1.2 天文导航的基本原理
• 3.2 星图模拟
• 3.2.1 星表制作
• 3.2.2 视场中可观测星的确定方法
• 3.2.3 星等与成像灰度的关系
• 3.2.4 点扩散函数
• 3.2.5 噪声影响因素分析
• 3.2.6 仿真验证
• 3.3 星图提取
• 3.3.1 星图图像去噪
• 3.3.2 星图畸变校正
• 3.3.3 星体质心提取
• 3.4 星图匹配识别
• 3.4.1 基本原理
• 3.4.2 实现算法
• 3.4.3 仿真验证
• 3.5 天文导航姿态输出的误差特性
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于校正惯导陀螺漂移的惯导/天文组合导航
• 4.1 基于校正惯导陀螺漂移的惯导/天文组合导航的实现方法
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 建立状态方程
• 4.1.3 建立量测方程
• 4.1.4 状态方程和量测方程的离散化
• 4.2 仿真验证
• 4.2.1 系统噪声和量测噪声的选取
• 4.2.2 系统初值的选取
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 机载惯导/天文组合导航实时分布式仿真试验
• 5.1 RT-LAB 仿真平台
• 5.1.1 RT-LAB 简介
• 5.1.2 RT-LAB 仿真主机平台
• 5.1.3 RT-LAB 目标机平台
• 5.2 仿真系统介绍
• 5.2.1 硬件环境
• 5.2.2 软件环境
• 5.2.3 系统模型
• 5.2.4 飞行任务剖面
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 惯导/天文组合导航与纯惯导的对比分析
• 5.3.2 惯导/天文组合导航与惯导/卫星组合导航的对比分析
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 惯性导航常用坐标系及地球几何参数说明
• 1 坐标系定义
• 2 坐标系之间的转换关系
• 3 地球几何参数说明
• 附录B 卡尔曼滤波技术
• 1 离散卡尔曼滤波的基本方程
• 2 卡尔曼滤波的滤波方式
• 3 卡尔曼滤波的校正方式
• 附录C 仿真系统子模型