发射系下SINS∕GPS∕CNS多组合导航系统算法及实现

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1、2015年4月第2期中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology发射系下SINS／GPS／CNS多组合导航系统算法及实现潘加亮1熊智1赵慧1郁丰2王丽娜3(1南京航空航天大学导航研究中心，南京210016)(2南京航空航天大学航天学院，南京210016)(3北京航天自动控制研究所，北京100854)摘要首先建立了发射惯性系下的组合导航系统模型，据此设计了基于联邦滤波器的SINs／GPS／CNS组合导航算法，最后研制了基于PCL04硬件平台的组合导航算法验证样机。通过实时半物理仿真测试得出，三组合导航系统的

2、姿态误差小于15”，位置误差小于101TI，速度误差小于0．2m／s，表明所设计的组合导航系统算法正确，实现合理。关键词发射惯性系；组合导航；系统实现；硬件平台DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2015．02．0021引言随着对空间动态载体导航定位精度要求的提高，多传感器组合导航系统成为众多学者的研究对象，并在空间导航技术领域得到广泛应用。但是典型的以惯性导航为基础的惯性／卫星单一组合导航系统，由于卫星导航系统容易受到欺骗干扰，从而无法满足飞行器对导航参数的高可靠、高精度的测量要求斗“。因此，考虑到单一组合导航系统难

3、以胜任空间远程导弹的长航时高精度导航要求，本文设计了一种基于发射惯性系下的SINS／GPS／CNS多组合导航系统，将捷联惯性导航系统(SINS)、全球卫星定位系统(GPS)和天文导航系统(CNS)等多种导航系统的信息进行最优融合，构建SINS／GPs／cNs多组合导航系统是实现未来飞行器高精度导航的保证。考虑到卫星定位系统和天文导航系统的量测输出参考坐标系有较大的差异，因此，需要解决在统一的时空导航坐标参考系下实现和SINS信息最优融合的问题。传统的SINS／GPS／CNS多组合导航系统算法主要采用了当地地理参考坐标系作为统一的导航参考坐标

4、系[1]，其组合算法模型通常采用传统的航空组合导航算法模型，在此基础上，将组合获得的导航参数经过一定的参数转换变换为发射惯性系下的导航参数进行输出，该算法实现复杂、需要经过参数的多种转换，无法直接获得发射惯性系下的导航参数。鉴于某些飞行器在发射过程中，通常需要直接获得发射惯性系下的高精度导航参数这一需求现状，本文研究了一种基于发射惯性系下的SINS／GPS／CNS多组合导航系统算法及系统实现方案，直接建立发射惯性系下的组合导航系统模型，设计了基于联邦滤波器的发射惯性系下的SINS／GPS／CNS组合导航算法‘。6

5、。为有效验证所设计的算法性

6、能，还研制了基于PCI04嵌入式硬件平台的组合导航样机‘71]，通过实时半物理仿真测试，表明所设计的SINS／GPS／CNS组合导航方案和算法能有效满足远程导弹的高精度导航定位要求，为SINs／GPS／CNs多组合导航系统的工程化实现和应用提供了有效的支撑。国家自然科学基金(61374115，91016019，61210306075，60904091，61203188)；航空科学基金(2011ZC52044)；国家留学基金委；江苏省六大人才高峰(2013一JY一013)；江苏省高校青蓝工程；江苏高校优势学科建设工程；中央高校基本科研业务费专

7、项资金(NZ2014406)资助项目收稿日期：2014—09—03。收修改稿日期：2014—11-2610中国空间科学技术2015年4月2发射系下SINS／GPS／CNS多组合导航系统总体方案为直接获得在发射惯性系下的高精度导航参数，本节设计了发射系下SINS／GPS／CNS多组合导航系统算法总体实现方案如图1所示。赫i一⋯--]_17_程求絮凳卜叫本体系譬嚣H毳粪H簇菱SINS‘。‘。‘’‘。‘‘‘‘‘’。‘’。‘‘‘‘‘。‘‘。。一’‘’’。。‘。。。。’。。。’‘。‘。。’‘。‘。。‘。‘‘‘’。’。’’⋯。。。’‘。。。‘。。。。’

8、‘‘⋯-：广————1DOSe厂———————————————————————————]Z．；IGPSF—2—-1地固系—-地心惯性系—发射惯性系卜-二L酬一一悬一然一热子滤波器上SINS／GPS组合滤波糍SINS／CNS组合滤波器Xt，赋PEXI，PIxc．髓PfX、，P、主滤波器姿态：位置蘧度：⋯⋯⋯⋯⋯⋯一．荩趔壁揍⋯⋯⋯⋯⋯⋯一一j：⋯⋯⋯⋯一骘帮婆避墨⋯⋯⋯⋯．一：图1sINS／GPS／CNS多组合导航系统算法总体方案Fig．1OverallplanofSINS／GPS／CNSmuiti—integratednavigations

9、ystemalgorithm图1所给出的SINS／GPS／CNS多组合导航系统总体方案分为三个关键部分：1)捷联惯性导航系统解算模块(SINS)：根据陀螺和加速度计的原始测量数据