临近空间飞行器的insgps组合导航技术研究

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1、ResearchonINS／GPSIntegratedNavigationSystemfortheNearSpaceVehiclesADissertationSubmiRedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangXiaofeiSupervisedbyProf．CHENGXianghongSchoolofInstrumentScience&EngineeringSoutheastUniversity,Nanjing，RR．Chin

2、aNovember2014万方数据IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII东南大学学位论文独创性声明Y2782562本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：三!监日期：兰!!丝』!!鲤东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息

3、研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：盥导师签名：逊整日期：生!!：!!!I7万方数据摘要摘要自美国提出临近空间(NearSpace)新概念之后，各国开始竞相发展临近空间事业，其中对于临近空间飞行器的研发成为热点，而对于临近

4、空间飞行器至关重要的高精度导航系统也受到越来越多的关注。捷联惯性导航系统(Strap．downInertialNavigationSystems，SrNS)矛D全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)是两种较常用的导航定位系统，将两者组合不仅可以克服单一系统的不足，还可以充分体现各子系统的优势，提高导航系统的精度和可靠性。本文主要研究发射点惯性坐标系下，SINS／GPS紧组合导航技术，并针对紧组合中状态方程和量测方程非线性问题，引入了稀疏网格求积分滤波算法。论文主要包括以下内容：(1)在发射点惯

5、性坐标系中，考虑地球引力加速度的影响，研究临近空间飞行器动力学模型，推导了捷联惯性导航系统的速度误差方程和基于大失准角的姿态误差方程。(2)研究GPS轨道分布，给出了GPS卫星轨道及卫星坐标计算方法，并对GPS位置进行仿真。为了保证导航精度的同时减少计算量，根据GPS卫星的分布以及飞行器的位置，采用四面体选星算法，对参与导航的GPS卫星进行判断和筛选。比较SINS／GPS的不同组合模式，重点研究SINS／GPS紧组合导航技术，并给出了紧组合方式下组合导航系统的状态方程和量测方程。(3)针对基于伪距、伪距率的SINS／GPS紧

6、组合导航算法中的状态方程和量测方程均为非线性方程的情况，引入稀疏网格求积分滤波算法。以贝叶斯滤波框架为基础，给出了非线性高斯滤波算法。针对非线性高斯滤波中的多维积分问题，引入稀疏网格方法，研究单变量Gauss．Hermite积分准则，并介绍了由单变量积分点配置多维积分点方法。(4)为了考察S1NS／GPS紧组合导航系统性能，设计了基于稀疏网格求积分滤波算法的SINS／GPS紧组合数学仿真平台，并从以下四个方面对SINS／GPS紧组合导航系统进行了仿真和分析：(曲UKF和稀疏网格求积分滤波算法在SINS／GPS紧组合导航系统中

7、的对比；(b)不同传感器精度对紧组合导航系统的影响；(c)基于稀疏网格求积分滤波算法的松、紧组合导航系统性能对比；(d)不同可见星数目对SINS／GPS紧组合的影响。仿真结果验证了SINS／GPS紧组合导航系统的正确性和有效性。关键词：发射点惯性坐标系；SINS／GPS紧组合导航；伪距和伪距率；非线性滤波；稀疏网格；Gauss．Hermite准则万方数据AbstractAbstractSincetheNearSpacewasproposedbvU．S．Army,manycountriesstartedtotaptheenor

8、mouspotentialofNearSpace．Theresearchanddevelopmentofnearspacevehiclesbecomeahotspotforresearchersandhighaccuratenavigationsystem．whichiSakeyparto