CNS／SINS姿态组合导航系统仿真.pdf

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1、2014年海军航空工程学院学报2Ol4第29卷第2期JournalofNavalAeronauticalandAstronautical、，01．29No．2文章编号：1673—1522(2014)02．0105—06DOI：10．7682／j．issn．1673-1522．2014．02．002CNS／SINS姿态组合导航系统仿真丁姚，林雪原，王林(海军航空工程学院电子信息工程系，山东烟台264000)摘要：针对大部分飞行器导航采用地理坐标系导航，天文导航在地理坐标系下姿态解算依赖导航位置而容易发生精度发散的问题，文章研究了地理坐标系下，天文质性姿态组合导航系统滤波算法，以有效提高导航系统

2、的精度。首先，对天文愤性组合导航系统数学模型进行分析；然后，用Maflab软件根据实际情况设定参数并获得仿真数据，在仿真数据的基础上进行标准的卡尔曼滤波的仿真研究。仿真结果表明，当惯导与天文导航进行姿态组合后，各导航参数精度明显提高，在短期内可认为是收敛的，但仿真时间较长后，各导航参数出现缓慢的发散趋势。关键词：CNS／SINS；组合导航；卡尔曼滤波；系统仿真中图分类号：V249．328文献标志码：A惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INs)以例。其短时精度高，可以连续地输出位置、速度、姿态信星敏感器测量输出的惯性系下姿态信息，在其转息，以及完全自主等突出优点，

3、已被各种类型的军用换为地理系下的载体姿态信息之前，无法直接应用于飞行器普遍采用”一1。由于陀螺等惯性测量单元(Iner-实际的地理坐标系导航。tialMeasurementUnit，IMu)的漂移或误差使导航输本文对地理系下姿态观测原理进行了充分阐述，出误差随时间积累难以长时间独立工作，因而需要增分析并建立了地理系下姿态线性化量测方程及状态加其他外部量测信息，利用组合的方法提高综合导航方程。性能。天文导航系统(CelestialNavigationSystem，CNS)1天文／惯性姿态组合导航算法研究主要特点有：被动探测、隐蔽性好、不受电磁干扰、可靠性高、自主工作、不依赖其他导航手段、精度高

4、、在1．1地理系下姿态观测原理惯性坐标系下，测量误差也不随时间而积累。其中，天文／J盼性组合导航系统比纯惯导系统的精度高定向精度最高，而定位精度也仅次于全球定位系统是因为在惯性空间里恒星的方位基本保持不变，尽管(GlobalPositioningSystem，GPS)，可全天候工作。天星敏感器的像差、地球极轴的进动和章动以及视差等文导航作为一种隐蔽、无源、被动的导航手段，不存在因素使恒星方向有微小的变化，但是它们所造成的资无线电导航系统在恶劣战场电磁环境条件下易受到态误差小于1”，因而星敏感器就相当于没有漂移的陀干扰的问题，在战时将具有极高的军事应用价值-。螺，所以可以用天文量测信息修正惯性

5、器件误差。采用CNS／INS组合克服了各自缺点，取长补短，构成但是，现在大部分导航平台使用地理坐标系进行导了一种比较理想的组合导航系统。航，天文导航在地理坐标系下姿态解算依赖导航位置目前，CNS／INS组合导航系统有多种工作模式，而容易发生精度发散，为此需要研究地理坐标系下天根据星敏感器和惯性器件安装方式的不同，可分为全文陨性姿态组合导航系统，来提高导航精度。平台式、平台惯性导航系统与捷联星敏感器模式、捷由于惯性组合导航系统中与姿态误差相关的状联惯性导航系统与平台星敏感器模式以及全捷联模态误差通常选择为平台误差角(，，。。)，但其并不式4种”，。由于制造成本、可靠性、测量精度、未来发展等同于

6、姿态误差角。为实现姿态误差观测量到平台趋势等因素，全捷联模式的天文魄性组合导航系统更误差角之间的转换，目前有2种主要方法：一种是采用有发展前景，是天文院性组合导航系统的重要发展方近似的方式，将姿态误差和平台误差看为等价关系；向之一，为此本文的以下内容都将以全捷联模式为另一种则是将姿态测量误差转换为平台误差角，然后收稿日期：2013．11-19；修回日期：2014．01．10基金项目：国家自然科学基金资助项目(60874112)；“泰山学者”建设工程专项经费资助项目作者简介：丁姚(1987一)，男，硕七生。·1O6·海军航空工程学院学报第29卷再进行组合滤波。但就这2种方法本质而言，均具有、滚

7、转角y)，而惯性导航系统通过惯导解算也会其不足之处：如第1种方法具有建模的近似性，会带来给出载体的三轴姿态信息(俯仰角0、航向角。、滚相应的建模误差；而第2种方法将姿态误差测量转换转角y。)，因此，将两者相减可得到载体的三轴姿态误为平台误差角测量，也会带来相应的转换误差。差角△为式(1)。为直接获得线性化的姿态观测方由以上原因，本文为克服上述2种姿态组合算法程，做如下理论推导：的不足，进一步提高组合系统精度，