基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011V01．32No．2271—280ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)02—0271—10基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法张共愿1，程咏梅1’*，程承1，杨峰1，雷宝权21．西北工业大学自动化学院，陕西西安7101292．西安飞行自动控制研究所，陕西西安710065摘要：在机群协同编队飞行中，编队成员仅装载惯性导航系统

2、(INs)的方式具有隐蔽、抗干扰等明显的优势，但随着航时的增加，INS误差将不断累积．使导航系统失效，为此，提出基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法。首先，建立了编队成员相对导航运动模型及非线性观测模型，采用量测重构技术构造了伪线性观测模型并推导了观测噪声协方差矩阵；其次，基于相对导航结果提出了一种多平台INS误差联合修正方法．从理论上证明了协同编队各成员INS误差联合修正所能达到的理想性能，并给出了INS误差联合修正策略。仿真结果表明：所提出的相对导航估计算法在精度基本不变的情况下，收敛速度较扩展卡尔曼滤波(EKF)大幅提高；所提出的基于相对导

3、航的多平台INS误差联合修正方法有效地减缓了编队系统的INS误差发散速度。关键词：协同编队；相对导航；惯性导航；伪线性；扩展卡尔曼滤波中图分类号：V249．32文献标识码：A未来战争是体系与体系的对抗，机群协同编队作为一种新型的空中力量将越来越受重视【1]。惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)具有自主、隐蔽及短航时高精度的优良特性，因此是协同编队飞行各成员导航系统的最佳选择，然而INS最大的缺陷就是定位误差随时间而积累。针对单个飞机来讲，若没有辅助导航系统对其INS进行不断修正，定位误差的迅速增长会使得lNS无法长期

4、使用。针对机群协同编队飞行这一特别的飞行任务，在不装备其他辅助导航系统的情况下，若能够有效地利用协同编队成员之间的相对定位信息来实现多平台INS误差的联合修正，则不但能够有效地降低整个编队导航系统的成本，而且使得协同编队机群不受干扰、伪装和欺骗等因素的影响，并能满足电子静默的作战要求。国内外采用上述思路进行研究的相关文献不多见，文献[2]基于编队成员相互测距的方法来实现机群组网定位，奠定了这一研究的基础。该文献通过建立简化的INS误差模型，直接以编队成员INS输出计算得到的距离与测量距离之差作为观测值，通过线性化方法分离出INS的误差状态，进而采用闭环

5、卡尔曼滤波对这些误差状态进行估计，优化了各成员INS的位置精度，并采用开环卡尔曼滤波对INS误差模型参数进行估计。然而，该方法需要建立一个高维数的状态估计模型，并且由于各成员两两之间均有数据通信，因此计算量和机载数据链负荷较大。针对所有编队成员仅载有一定精度INS的情收稿日期：2010-05-21；退修日期：2010-08．16；录用日期：2010-09-21；网络出版时间：2010—10·2818：12网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11～929一V．20101028．1812．000．htmIDOI：ONKI：11-19

6、29／v-20101028．1812000基金项目：国家fl然科学基金(60634030．60702066)；航空科学基金(20100853010。20090853013)；西北1=业大学研究生创业种子基金(7．2010057)；西北工业大学翱翔之星计划*通讯作者．Tel：029-88431320E·mail：chengym@nwpu．edu．∞戮用格武I张共愚．程咏梅。程承．等．基f相对导航的多平台INS误差联合修正方法￡J]．航空学摄．2011．32(2)：271·280．ZhangGongyuantChengYongmei·ChengCheng，

7、eta1．AjohTtcorrectingmethodofmulti-platformINSerrorbasedonrelativenaviga—tionfJ

8、．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．20{{．32‘2)：271-280．航空学报形，本文采用主／僚机通信及观测模式，基于相对导航结果对多个平台上的INS输出信息进行最优综合，为协同编队导航定位T程应用提供理论和技术支持。文中假设僚机对主机的观测与机载数据链系统是时间同步的，即在某一时刻，两个僚机同时完成对主机的相对观测并通过机载数据链获取该时刻主机导航系统

9、输出的位置及速度信息。1协同编队相对导航相对导航是协同编队成员之间相对位置及速度信息获取的重要