發(fā)布時(shí)間：2020-04-12 05:18

【摘要】：近年來國家綜合實(shí)力逐步增強(qiáng),為保衛(wèi)國家領(lǐng)土安全和維護(hù)區(qū)域和平穩(wěn)定,我國軍隊(duì)對(duì)于提高武器系統(tǒng)性能,特別是武器系統(tǒng)超視距精確打擊能力有了越來越高的要求。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為當(dāng)前絕大部分導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,初始對(duì)準(zhǔn)精度決定了純慣性狀態(tài)下導(dǎo)航系統(tǒng)性能。戰(zhàn)場態(tài)勢多變與突發(fā)等特點(diǎn),要求武器系統(tǒng)滿足準(zhǔn)備時(shí)間短、打擊精度高和操作使用維護(hù)簡單等要求,如何通過合理優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以實(shí)現(xiàn)武器慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度與速度、可靠性與簡化操作之間的平衡是慣性技術(shù)領(lǐng)域的難點(diǎn)。同時(shí),隨著軍隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化要求提高,對(duì)低成本高精度武器系統(tǒng)的需求越來越大;我國北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)日臻完善,衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用不再受到其它國家的制約與掣肘;隨著工藝水平的進(jìn)步,微機(jī)械慣性傳感器的穩(wěn)定性和精度逐步提高,使得研發(fā)低成本GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)成為可能。綜合上述分析,論文重點(diǎn)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)與組合導(dǎo)航濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法開展研究,主要研究工作如下:首先,分析證明了兩種常用快速傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)模型的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,以此為基礎(chǔ),研究了能夠抑制機(jī)翼撓曲形變的滑翔起飛快速高精度傳遞對(duì)準(zhǔn)方法,簡化了空中傳遞對(duì)準(zhǔn)流程,有利于提高武器系統(tǒng)自動(dòng)化水平。在分析傳遞對(duì)準(zhǔn)線性化系統(tǒng)模型偏差來源的基礎(chǔ)上,給出差分姿態(tài)觀測模型和線性化狀態(tài)模型偏差直接補(bǔ)償方法,提高了傳遞對(duì)準(zhǔn)精度,使得傳遞對(duì)準(zhǔn)誤差散布具有更好的各向一致性,滿足戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)精度需求。為進(jìn)一步解決戰(zhàn)略武器高精度傳遞對(duì)準(zhǔn)問題,提出了一種基于虛擬主慣導(dǎo)基準(zhǔn)的傳遞對(duì)準(zhǔn)方法,在不改變線性化傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)模型的前提下,僅需略微調(diào)整計(jì)算流程,即能實(shí)現(xiàn)角秒級(jí)高精度傳遞對(duì)準(zhǔn),方便工程應(yīng)用與推廣。其次,深入研究了慣性導(dǎo)航傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。從卡爾曼濾波器帶寬特性分析、先驗(yàn)信息及非平穩(wěn)隨機(jī)過程對(duì)濾波器性能影響等方面著手,考慮到姿態(tài)運(yùn)動(dòng)特性與傳遞對(duì)準(zhǔn)可觀測度之間的關(guān)系,研究提出了基于姿態(tài)頻譜與新息序列分析的傳遞對(duì)準(zhǔn)自適應(yīng)卡爾曼濾波方法。通過載體姿態(tài)頻譜特性分析,搜索匹配濾波器基礎(chǔ)參數(shù),利用新息序列協(xié)方差分析,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)濾波器可變參數(shù),在使系統(tǒng)對(duì)非高斯測量噪聲具有更強(qiáng)抑制能力的同時(shí),很大程度上解決了新息序列自適應(yīng)濾波器穩(wěn)定性欠佳的問題。在傳統(tǒng)多模型自適應(yīng)濾波方法的基礎(chǔ)上,為實(shí)現(xiàn)濾波器全局穩(wěn)定和估計(jì)精度的優(yōu)化平衡,結(jié)合傳遞對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)估計(jì)值穩(wěn)態(tài)特性,對(duì)多模型自適應(yīng)卡爾曼濾波器加權(quán)融合分配策略進(jìn)行改良。以狀態(tài)估計(jì)平穩(wěn)度和狀態(tài)估計(jì)均值二階中心矩作為對(duì)準(zhǔn)精度綜合衡量指標(biāo),構(gòu)建新的多濾波器加權(quán)融合分配因子,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合性能的優(yōu)化。此外,針對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)工程應(yīng)用中的數(shù)據(jù)時(shí)間延遲問題和精度在線評(píng)估需求,研究了以姿態(tài)相位協(xié)方差為代價(jià)函數(shù)的傳遞對(duì)準(zhǔn)時(shí)延處理方法,并推導(dǎo)了傳遞對(duì)準(zhǔn)精度在線檢驗(yàn)算法,數(shù)值仿真給出的誤差性能曲線驗(yàn)證了算法的有效性。最后,對(duì)低成本GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。在分析衛(wèi)星導(dǎo)航誤差來源和誤差建模分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合對(duì)流層延遲與信號(hào)傳輸路徑對(duì)流層厚度的正相關(guān)特性,研究給出了基于對(duì)流層延遲自適應(yīng)估計(jì)的多階衛(wèi)星導(dǎo)航定位算法。以此為基礎(chǔ),通過分析慣性導(dǎo)航偏差耦合特性,為平衡模型精度、計(jì)算復(fù)雜度和濾波穩(wěn)定性,提出了一種新的“水平+航向+高程”分通道聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并采用協(xié)方差成形自適應(yīng)濾波方法設(shè)計(jì)組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合濾波器,以抑制衛(wèi)星定位誤差時(shí)間相關(guān)有色噪聲對(duì)系統(tǒng)精度的影響,提高組合系統(tǒng)長航時(shí)導(dǎo)航定位性能。綜上所述,論文從分析慣性導(dǎo)航偏差耦合特性和衛(wèi)星導(dǎo)航測量偽距誤差特性出發(fā),以新息序列檢驗(yàn)、多模型融合優(yōu)化和協(xié)方差匹配分析為切入點(diǎn),重點(diǎn)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)和組合導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究,為快速高精度傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和低成本、高精度GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供方法與方案參考,具有較強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.2 慣性導(dǎo)航傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)作為武器系統(tǒng)快速確定自身初始化導(dǎo)航參數(shù)的重要手段，已被廣泛應(yīng)用于空基導(dǎo)彈系統(tǒng)、�；鶎�(dǎo)彈系統(tǒng)和潛基導(dǎo)彈系統(tǒng)等武器系統(tǒng)中，例如：美國的“聯(lián)合制導(dǎo)攻擊武器(JDAM)[1]”如圖 1-1 所示，在空中準(zhǔn)備階段利用傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)完成系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)；美國的“哈姆”反輻射導(dǎo)彈(AGM-88D)[2]、“捕鯨叉”空艦導(dǎo)彈[3]、英國的“海鷹”系列反艦導(dǎo)彈，法國的“飛魚”系列反艦導(dǎo)彈[4]等。傳遞對(duì)準(zhǔn)不僅能夠確定慣性導(dǎo)航初始姿態(tài)參數(shù)，也能修正部分陀螺儀和加速度計(jì)器件偏差，從而顯著提高武器系統(tǒng)性能[5]。下面首先對(duì)慣性導(dǎo)航傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行介紹與分析，再重點(diǎn)討論不同因素對(duì)于傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)性能的影響。

第 1 章 緒 論1.2 慣性導(dǎo)航傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)作為武器系統(tǒng)快速確定自身初始化導(dǎo)航參數(shù)的重要手段，，已被廣泛應(yīng)用于空基導(dǎo)彈系統(tǒng)、海基導(dǎo)彈系統(tǒng)和潛基導(dǎo)彈系統(tǒng)等武器系統(tǒng)中，例如：美國的“聯(lián)合制導(dǎo)攻擊武器(JDAM)[1]”如圖 1-1 所示，在空中準(zhǔn)備階段利用傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)完成系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)；美國的“哈姆”反輻射導(dǎo)彈(AGM-88D)[2]、“捕鯨叉”空艦導(dǎo)彈[3]、英國的“海鷹”系列反艦導(dǎo)彈，法國的“飛魚”系列反艦導(dǎo)彈[4]等。傳遞對(duì)準(zhǔn)不僅能夠確定慣性導(dǎo)航初始姿態(tài)參數(shù)，也能修正部分陀螺儀和加速度計(jì)器件偏差，從而顯著提高武器系統(tǒng)性能[5]。下面首先對(duì)慣性導(dǎo)航傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行介紹與分析，再重點(diǎn)討論不同因素對(duì)于傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)性能的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TJ03;TN967.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624326