機載GNSS-SINS組合精密導航關鍵技術研究.pdf

1、飛機進近著陸階段是整個飛行階段中對導航系統(tǒng)的精度和可靠性要求最高的階段。在滿足精度要求的前提下，飛機進近著陸階段要求導航系統(tǒng)可靠性高，實時性好。單一的導航系統(tǒng)很難滿足這一要求。GNSS與SINS互補性強，其組合是一種很好的進近著陸導航方案。GNSS/SINS組合導航系統(tǒng)體積小、重量輕，適用于飛機飛行全程特別是進近著陸階段。
　　高精度GNSS/SINS組合導航技術還存在一些問題有待研究。GNSS載波相位相對定位精度高，但是需要快速

2、求解整周模糊度，并且在信號受到干擾時可能需要重新求解整周模糊度。動態(tài)條件下求解整周模糊度的時間一般較長，快速實現(xiàn)整周模糊度動態(tài)解算是提高組合導航精度、實時性和可靠性的一個重要手段。為確保慣導在某些故障狀態(tài)中能夠恢復運行，慣導應具有空中對準的能力。本文重點研究GNSS整周模糊度快速求解方法和SINS空中對準方法，以提高組合導航系統(tǒng)的精度和可靠性。此外，慣導誤差狀態(tài)的可觀性是影響組合導航系統(tǒng)精度及正常運行能力的重要因素，慣性傳感器的隨機誤差

3、是慣導系統(tǒng)的關鍵誤差之一，因此本文也對慣導誤差狀態(tài)可觀性分析方法和慣導隨機誤差建模補償方法進行了重點研究。
　　圍繞上述重點研究內(nèi)容，本文主要完成了以下研究工作：
　?。?）提出一種基于浮點模糊度方差陣分析的整周模糊度搜索空間確定方法。浮點模糊度雖然沒有了整數(shù)特性，但總體上可最大程度地滿足觀測方程組，通過試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析認為，若不存在粗差則整周模糊度與浮點模糊度元素值相差不會很大。首先利用每個模糊度元素的方差初步確定模糊度搜

4、索空間，然后利用元素間的協(xié)方差確定一個調(diào)整系數(shù)，進一步確定模糊度的搜索空間。試驗證明該方法相比Cholesky分解方法的搜索空間顯著減小，且搜索成功率相當。
　?。?）提出了GNSS/SINS組合導航系統(tǒng)歸一化正交變換可觀測度分析方法。首先根據(jù) GNSS測量信息建立用于求解組合導航系統(tǒng)誤差狀態(tài)的最小二乘法方程，然后對法方程系數(shù)矩陣進行對角線元素歸一化，并進行特征值分解，此特征值即作為歸一化正交變換后新的誤差狀態(tài)變量的可觀測度。在此

5、基礎上提出一種模型降階方法，對狀態(tài)變量進行線性變換，將變換后的狀態(tài)分為可觀部分與不可觀部分。認為當前時刻不可觀部分對導航結(jié)果輸出影響有限，可利用歷史時刻值外推進行估計。誤差模型只保留可觀測的狀態(tài)，降低了模型的階數(shù)。
　?。?）提出了機載捷聯(lián)慣導系統(tǒng)單天線快速解析初始對準方法，即利用2個歷元的GNSS位置、速度信息，1個歷元的SINS視加速度測量信息，在側(cè)滑速度為零的約束條件下，解析計算載體姿態(tài)四元數(shù)，完成空中快速初始對準。該方法放

6、寬了空中粗對準傳統(tǒng)方法中對飛機姿態(tài)的要求，可在較寬的動態(tài)范圍內(nèi)保持較高的對準精度，且計算量較小，對準速度較快。
　?。?）提出了基于ARMA模型的慣導隨機誤差建模改進方法。利用快速傅立葉變換方法對隨機誤差進行平穩(wěn)化，在ARMA模型類型的識別中，量化識別時間序列特征函數(shù)的拖尾性和截尾性，并通過統(tǒng)計方法得到其量化參數(shù)值。利用修正的遞推最小二乘法提高了模型參數(shù)辨識的收斂速度，并對模型的適用性進行檢驗。結(jié)果表明，該模型能夠比較有效地抑制隨