惯性2f天文组合导航系统半物理仿真研究

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1、硕士学位论文惯性/天文组合导航系统半物理仿真研究RESEARHONSEME-PHYSICALSIMULATIONFORSINS/CNSINTEGRATEDNAVIGATIONSYSTEM周宝林哈尔滨工业大学2009年6月哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景1.1.1课题背景导航(Navigation)就是将运载体引导到目的地的技术或方法。随着科学技术的发展，导航渐渐成为一门专门研究导航原理方法和导航技术装置的学科。在船舰、飞机、导弹、宇宙飞行器等航行体上，导航系统是必不可少的重要设备。按照近代科技术语，导航的主要工作就是定位、定向、授时和测速。能够测得

2、导航参数、完成导航任务的物理原理和技术方法很多，因此出现了各种类型的导航系统，例如捷联惯性导航系统、卫星导航系统、无线电导航系统和天文导航系统等。随着信息技术的快速发展，武器系统中的远程精确打击技术逐渐向智能化、高效化和隐形化等方向飞速迈进。高精度的导航技术作为实现远程精确打击的核心技术之一，是研制高精度导航系统，为现代飞行载体提供高精度运动状态信息必须突破的主要技术瓶颈。目前，远程、长航时飞行载体的高精度导航，只使用一种导航手段很难实现。纯惯性导航系统自主性强、短时精度高，但误差随时间积累；天文导航能够提供高精度姿态信息，但易受气候条件限制；卫星导航系统能够提供准确的

3、位置和速度，但很容易受到干扰，且导航信息不连续。因此，将多种导航方式有机结合，充分发挥各自优势，进行组合导航，是实现高精度和高可靠性导航的必由之路[1]。组合导航技术[2]是指使用两种或两种以上的不同导航系统对同一信息源进行测量，从这些测量值的比较值中提取出各系统的误差并校正之。从惯性导航的工作原理和误差分析可以看出，惯导系统的自主性很强，可以连续地提供包括姿态基准在内的全部导航与制导参数，并且具有非常好的短期精度和稳定性。但是，在长时间的连续工作中，纯惯性导航系统的误差将随时间而积累[3]。虽然近年来惯性器件和系统技术得到了飞速发展，但在高精度、远程、长航时的导航应用

4、中，惯导系统仍然需要误差不随时间增 长的外部信息源来校正其误差。天文导航系统属于环境敏感导航系统，利用 对星体的观测，根据星体在天空中固有的运动规律来确定飞行载体在空间的-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文运动参数。天文导航的突出优点是精度高、无姿态累积误差等[4]。天文/惯性组合导航系统将天文导航与惯性导航组合，扬长避短、优势互补，利用星敏感器提供的高精度姿态信息对惯导系统进行校正，并对惯性器件的漂移进行补偿，从而实现高精度导航，特别适用于远程、长航时的飞行器、如长航时无人机、超高超声速飞行器、空天往返飞行器、近地空间飞行器等应用领域。对于飞行器机动发射尤其是水下发射

5、，天文/惯性组合导航系统具有其独特的优越性。在机动发射或水下发射时，由于作战条件的限制，初始定位瞄准难以精确，也难以确切知道发射点的位置，这些因素将给导航系统带来初始条件误差，如初始定位误差、初始调平误差、初始瞄准误差等。采用天文/惯性组合导航系统，可在发射前进行快速粗略对准与调平，在飞行中再利用星敏感器进行修正，如再与发射时间联系起来，就能确定出发射点的经纬度，由于天文/惯性组合系统具有这种优点，特别适用于机动发射或水下发射的远程巡航或者弹道导弹。对于远程弹道导弹，天文/惯性组合导航系统不仅可以用于弹头分离后的中段导航，还可用于再入段的末制导来修正风的影响。天文/惯性

6、组合导航系统也特别适用于跨海飞行的飞行器。对于跨海飞行的飞行器，海上往往缺乏特征明显的导航参照物，而天文导航系统是利用星体的天然辐射作为导航的信息源，特别适用于海上定位。天文/惯性组合导航作为一种新兴的组合导航技术，在国内外越来越受到广泛重视，得到了飞速发展。该技术以其特有的优越性必将在导航领域中占据越来越重要的地位。1.1课题目的和意义本课题的目的是开发一套有星敏感器和SINS(捷联惯性导航系统)组合的半物理仿真系统。导航算法的优劣是组合导航系统成功的关键，为了验证导航算法的性能，以工程应用为背景搭建组合导航半物理仿真系统是一个行之有效的方法[4]。在捷联惯性/天文组

7、合导航系统的研制过程中，由于飞行实验费用大，各子系统的器件调试，算法的实验测试，以及组合导航系统的性能验证，不可能都通过实时飞行测试完成，一般国内外大都采用实验室半实物仿真方式[5]。半物理仿真系统能够仿真组合导航系统的各个模块，准确地为组合导航-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文系统提出定量的数据和定性的论证,是研究和设计组合导航系统的有力工具，可以为各种导航算法工程实现研究节省大量的时间和经费。半物理仿真将系统部分实物引入仿真回路，尽可能真实模拟现场情况，较数字仿真更能有效验证飞行控制系统的可靠性，尤其在初期试飞调参及后期控制策略改进