COMPASS-INS-TAN組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究.pdf

1、在現(xiàn)代空地一體化戰(zhàn)爭體系中，任何單一的導(dǎo)航系統(tǒng)往往難以滿足各類軍用飛行器的導(dǎo)航要求，因此組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在真實(shí)的戰(zhàn)場環(huán)境下，為掌握戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)，需要飛行器對敵實(shí)施低空或超低空突襲，而這就要穿越復(fù)雜的電磁對抗區(qū)域并巧妙的利用戰(zhàn)場地形來實(shí)現(xiàn)。針對我軍使用GPS的非自主性，本文的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選取了我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(COMPASS)。基于這種背景，本文提出了北斗/慣導(dǎo)/地形匹配(COMPASS/INS/TAN)組合導(dǎo)航系統(tǒng)作為

2、研究課題。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，系統(tǒng)闡述了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及各自的特點(diǎn)，以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢。介紹了卡爾曼濾波的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，分析了擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)與無跡卡爾曼濾波(UKF)算法在處理非線性系統(tǒng)模型時(shí)的特點(diǎn)。EKF方法需對模型線性化來實(shí)現(xiàn)，而UKF方法不需線性化。為下文研究組合導(dǎo)航系統(tǒng)中進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)誤差狀態(tài)的處理提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，分析了C

3、OMPASS的定位原理，對COMPASS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)采用偽距與偽距率緊組合的方式來建立系統(tǒng)連續(xù)的非線性數(shù)學(xué)模型。針對模型中量測方程的非線性，通過線性化并對量測方程進(jìn)行離散化處理，并采用EKF的方法來處理導(dǎo)航參數(shù);用擴(kuò)展對稱采樣策略確定具有狀態(tài)量統(tǒng)計(jì)特性的Sigma采樣點(diǎn)集，并將其近似非線性函數(shù)的概率密度，采用UKF方法來對系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行濾波處理。通過對兩種方法仿真對比表明UKF比EKF的導(dǎo)航定位精度更高。對INS/TAN組合導(dǎo)

4、航系統(tǒng)采用桑迪亞算法建立非線性數(shù)學(xué)模型，用EKF設(shè)計(jì)的組合導(dǎo)航濾波器能夠改善系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。
　　再次，研究證明了聯(lián)邦濾波全局狀態(tài)估計(jì)與方差是最優(yōu)的，并針對聯(lián)邦濾波思想提出了COMPASS/INS/TAN組合導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用方案，設(shè)計(jì)了基于UKF的聯(lián)邦濾波器，將兩個(gè)子系統(tǒng)輸出的局部狀態(tài)與方差進(jìn)行全局最優(yōu)估計(jì)后，進(jìn)行仿真分析。將主濾波器輸出的全局狀態(tài)估計(jì)三維位置、速度誤差與兩個(gè)子濾波器輸出的估計(jì)位置、速度誤差進(jìn)行對比，表明本文設(shè)計(jì)聯(lián)邦