捷联惯性_天文组合导航算法研究.pdf

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1、硕士学位论文捷联惯性/天文组合导航算法研究RESEARCHONSINS/CNSINTEGRATEDNAVIGATIONALGORITHM崔少华哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V249.32+8学校代码：10213国际图书分类号：627.3密级：公开工程硕士学位论文捷联惯性/天文组合导航算法研究硕士研究生：崔少华导师：李葆华副教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V249.32+8U.D.C:627.3DissertationfortheMasterDegreeinEngi

2、neeringRESEARCHONSINS/CNSINTEGRATEDNAVIGATIONALGORITHMCandidate：CuiShaohuaSupervisor：AssociateProfessor.LiBaohuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnol

3、ogy摘要摘要在现代导航系统中，捷联惯导系统具有自主性强、抗干扰能力强、数据更新频率高等优点，广泛应用于各个领域中。由于惯性器件的误差随时间累积，因此其导航精度会随着时间的推移而逐渐降低。天文导航具有定位精度高、设备可靠，自主性强等特点，并且其误差不会随着时间而累积，近年来越来越多的应用在导航系统中。但是天文导航有更新速率低，受大气影响较大，不能独立导航定位等缺点。因此可以运用惯导和天文导航结合的方法，综合两种方式的优点提高导航系统的导航精度。本文以捷联惯性/天文组合导航系统作为研究对象，主要以大气层内飞行的无人机作载体平台进行研究。利用基于天文观测角的天文定位方法，研究了一种利用

4、天文观测角误差进行导航修正的组合导航算法。主要研究内容包括：1.对捷联惯导系统的基本原理进行研究，介绍了在导航解算过程中常用的坐标系。分析了捷联惯导系统的更新算法，和捷联惯导系统误差产生的来源及其误差特性，建立捷联惯导系统的误差模型。2.本文对天文导航系统的基本原理进行了研究，介绍了天文导航中常用的坐标系及时间概念。分析了目前常用的基于星敏感的天文导航方式及其测姿原理。3.研究了基于天文观测角的天文导航定位原理，对导航三角形和高度差定位方法进行了简要的介绍。在高度差法的基础上分析了基于天文观测角误差的组合导航方案，利用由于惯导解算误差而造成天文观测角的误差来构造卡尔曼滤波器的量测量

5、，完成了捷联惯导与天文导航的组合算法。与传统算法相比，这种组合方案在视场中只能观察到一颗星的情况下也具有较好的导航精度。并对这种算法在MATLAB中完成了仿真验证。关键词：卡尔曼滤波器；天文观测角；单星导航；组合导航；捷联惯导-IAbstractAbstractInmodernnavigationsystems,SINShastheadvantageofstrongautonomy,stronganti-interferenceability,andhighdataupdatefrequency,whichiswidelyusedinvariousfields.However,As

6、inertialdeviceerrorsaccumulateovertime,theirnavigationaccuracygraduallydecreasesovertime.Celestialnavigationpositioningwithhighaccuracy,highdevicereliability,autonomy,andothercharacteristics,andtheerrordoesnotaccumulateovertime,Inrecentyears,whichismoreandmoreusedinnavigationsystems.However,Ce

7、lestialnavigationhasthedisadvantagesoflowupdaterate,affectedbyatmosphericenvironmentandcan'tnavigateindependently.Therefore,itispossibletoimprovethenavigationaccuracyofthenavigationsystembysynthesizingtheadvantagesofthetwomethodsofinert