【摘要】：極地地區(qū)精確導(dǎo)航方法是支撐極地地區(qū)科學(xué)考察、軍事活動和商業(yè)活動的核心技術(shù)之一。當前慣性導(dǎo)航方式受傳統(tǒng)坐標系編排限制,在極地地區(qū)存在航向角誤差和經(jīng)緯度誤差放大問題;當前衛(wèi)星導(dǎo)航方式在極地地區(qū)面臨可見衛(wèi)星低仰角問題,其極區(qū)可用性受到限制。本文針對單一導(dǎo)航方式在極區(qū)的應(yīng)用限制,采用不限于慣性導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航的多種導(dǎo)航源傳感器構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng),研究其中的誤差來源和誤差改正模型、狀態(tài)估計自適應(yīng)濾波器設(shè)計、基于坐標系統(tǒng)一和時間配準的多源信息融合等核心問題。從問題分析、理論推導(dǎo)、算法驗證等方面,為建立更可靠的極地地區(qū)精確導(dǎo)航和時空信息服務(wù)系統(tǒng)提供了新思路。根據(jù)極地地區(qū)應(yīng)用環(huán)境特點,選取慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、多普勒測速儀構(gòu)成極區(qū)運載體組合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合框架結(jié)構(gòu),并以北極航道下的船舶航行問題為主要分析和仿真驗證背景。在分散化信息融合體制下,本文設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括傳感器層級、兩傳感器融合層級和多傳感器融合層級,從這三個層級拓展開來構(gòu)成論文的主要研究內(nèi)容。在傳感器層面提出極地地區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航信號低仰角對流層延遲改正精化模型。從改善傳感器源誤差和極區(qū)可用性的角度,針對極地地區(qū)可見衛(wèi)星仰角低、對流層延遲成為衛(wèi)星導(dǎo)航最主要誤差來源的問題,研究極地地區(qū)衛(wèi)星低仰角對流層延遲改正精化模型,以降低衛(wèi)星導(dǎo)航接收機對衛(wèi)星截止角的要求。針對傳統(tǒng)延遲改正模型依賴當?shù)貧庀髤?shù)的問題,提出一種基于非線性假設(shè)理論對流層延遲進行時空參數(shù)化表示,繼而對全球?qū)α鲗痈裳舆t模型、濕延遲模型、總延遲模型進行黑箱建模,提出一種柵格化的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)對流層天頂延遲改正模型。以實測參考站數(shù)據(jù)為基準的模型檢驗結(jié)果證實了模型的有效性,對檢驗結(jié)果的緯度分析表明模型在極地地區(qū)的對流層延遲改正精度優(yōu)于現(xiàn)有模型。針對任意坐標點任意高度任意時刻的對流層天頂延遲改正問題,提出了插值方法和精化模型。將提出的天頂延遲模型與維也納映射函數(shù)相結(jié)合,得到一種適用于極地地區(qū)衛(wèi)星低仰角情況下的斜延遲改正模型,衛(wèi)星仰角低于10°時的檢驗結(jié)果證明了所提出模型的先進性,為當前星座下改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)極區(qū)可用性提供了理論方法和模型驗證。在兩傳感器融合層面提出基于交互式雙模型和自適應(yīng)濾波的信息融合算法。在進行兩傳感器融合時,針對極地地區(qū)慣性導(dǎo)航在傳統(tǒng)地理坐標系下尋北困難和經(jīng)線收攏問題,研究了橫向坐標系用于極區(qū)坐標系統(tǒng)一和信息融合的可行性,提出了通用的兩傳感器信息融合體制和基于自適應(yīng)濾波器的融合算法。針對極區(qū)傳感器量測過程潛在的非平穩(wěn)或非高斯量測噪聲,以及坐標系轉(zhuǎn)換過程中量測噪聲的變化,提出了一種量測噪聲協(xié)方差矩陣動態(tài)估計方法�；谠摿繙y噪聲動態(tài)估計方法和交互式雙模型結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)濾波器,可以根據(jù)雙模型概率的動態(tài)更新對濾波結(jié)果進行交互融合輸出。仿真結(jié)果表明在幾種非典型量測噪聲條件下,所提出的兩傳感器信息融合算法性能優(yōu)于現(xiàn)有主流濾波器算法性能,可提供更高的導(dǎo)航信息精度,同時對動態(tài)變化的量測噪聲環(huán)境表現(xiàn)出良好的自適應(yīng)能力。在多傳感器融合層面提出基于性能退化指示器和時間配準的異步信息融合算法。從多傳感器信息融合的角度,對兩傳感器融合結(jié)果進行再融合以尋求最優(yōu)融合結(jié)果并提高系統(tǒng)魯棒性。針對兩傳感器融合子系統(tǒng)性能退化對融合中心輸出結(jié)果的負面影響,提出一種基于性能退化指示器的同步信息融合算法,通過一定的信息共享因數(shù)分配策略,對各子系統(tǒng)置信度水平進行實時評估以改變其共享到融合中心的權(quán)重。針對多傳感器數(shù)據(jù)更新率不同的異步問題,提出一種考慮置信度水平的時間配準方法和相應(yīng)的異步融合算法;當置信度水平提前獲并存儲為電子地圖形式時,提出置信場的概念和相應(yīng)的異步融合算法。通過在仿真場景中引入子系統(tǒng)性能退化和短時不可用現(xiàn)象,仿真結(jié)果證實了所提出三種同步或異步信息融合算法的有效性、魯棒性。最后,本文首次在導(dǎo)航領(lǐng)域探索了一種基于集成學(xué)習的多傳感器同步信息融合網(wǎng)絡(luò),通過學(xué)習子系統(tǒng)估計協(xié)方差矩陣“圖像”和融合最優(yōu)性之間的關(guān)系,改善組合導(dǎo)航系統(tǒng)在面對突發(fā)故障時的性能波動。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN967.2
【圖文】：

近極點區(qū)域的實際經(jīng)緯度誤差有放大趨勢算奇異和誤差過大問題，文獻[27]建立了橫了誤差傳播特性，文獻[28]推導(dǎo)了橫向坐初始誤差和慣性元件誤差對橫向坐標系下為基于圓球模型的分析和仿真；文獻[29, 基于橫向地球坐標系慣導(dǎo)方法和坐標系轉(zhuǎn)換起步階段，距離實際應(yīng)用有一定距離。械編排問題，慣導(dǎo)體制下極地地區(qū)初始對數(shù)學(xué)平臺轉(zhuǎn)到期望的位置）是另一挑戰(zhàn)[31用雷達輔助的初始對準方法；文獻[33]研題；文獻[34]研究了 SINS 桿臂效應(yīng)及其誤對準誤差。然而，無論傳統(tǒng)東北天地理坐，均不具備單獨完成 INS 全球初始對準能始對準方案不利于實際工程實施。文獻[航編排的 INS 初始對準方法，其實際性能

圖 1-2 北斗星通 BDM801 板卡Fig.1-2 BDM801 board produced by BDStar Navigation 的國內(nèi)外發(fā)展趨勢而言，隨著 4 大全球系統(tǒng)的推進航定位方式將逐漸取代單系統(tǒng)雙頻方式[62, 63]，而成實現(xiàn)這一目標，需要解決不同系統(tǒng)的兼容性與互操系統(tǒng)信息的融合等關(guān)鍵技術(shù)。相應(yīng)地，在衛(wèi)星導(dǎo)航星導(dǎo)航芯片正向小型化、低功耗、單芯片化、多DS /其他系統(tǒng)的兼容型）、輔助 GPS 融合的集成化等通公司生產(chǎn)的 BDM801 型板卡為例，其外形如圖 1S+GLONASS 三系統(tǒng)四頻點導(dǎo)航定位板卡，可以適定位精度（RMS）為單點定位 3 m ~ 5 m，載波差分作溫度范圍達到-40 ℃ ~ +80℃[65]。單一導(dǎo)航方式通過天體敏感設(shè)備觀測天體，確定載體位置等導(dǎo)航等領(lǐng)域不可或缺的導(dǎo)航方式。由于受到天文觀測的

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文數(shù)據(jù)進行匹配、識別和恒星提取問題，進而獲裝備研發(fā)和應(yīng)用方面，美國 Rockwell Co電 CNS 設(shè)備，采用 1.8 cm～3.2 cm 波段，姿態(tài)級巡航導(dǎo)彈核潛艇、基輔級航母等武器裝備眼”B 型、“沙果”型射電六分儀中的 1 種波段，目前，基于 X 射線波段的脈沖星 CN性和安全性都優(yōu)于傳統(tǒng)方式，在國防和航天感器小型化方面，由我國天銀星際公司生產(chǎn) 所示，該產(chǎn)品是目前業(yè)內(nèi)體積最小、重量最感器。94.4 mm

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本文編號：2756591