本文關(guān)鍵詞：巡飛彈組合導航系統(tǒng)誤差補償及可靠性研究

  更多相關(guān)文章： 巡飛彈 組合導航系統(tǒng) 故障檢測和隔離 完好性監(jiān)測 慣性傳感器 隨機誤差建模 載波相位時間差分

【摘要】：巡飛彈是先進導彈技術(shù)和無人機技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物,能夠快速抵達目標區(qū)域,執(zhí)行集巡邏飛行,偵察監(jiān)視,毀傷評估等多功能于一體,是滿足未來信息化作戰(zhàn)需求的智能化彈藥。由于巡飛彈需要長時間在惡劣環(huán)境下工作的特點,改善彈載導航系統(tǒng)的定位精度和可靠性對提高巡飛彈的系統(tǒng)性能非常關(guān)鍵。為此,本文研究了低成本彈載組合導航系統(tǒng)中的故障處理問題,對慣性傳感器的隨機誤差進行分析和補償,并探討了高精度的導航定位算法。主要工作包括：(1)研究了多衛(wèi)星導航系統(tǒng)的自主完好性監(jiān)測理論�；诜抡鏀�(shù)據(jù),綜合分析了北斗系統(tǒng)中不同類別衛(wèi)星(GEO/IGSO/MEO)的可靠性和可區(qū)分性以及與其它導航系統(tǒng)的組合性能。結(jié)果表明,相較于MEO和IGSO衛(wèi)星而言,GEO衛(wèi)星的最小可探測粗差較大,這是因為后者的觀測精度低；對多衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)而言,衛(wèi)星星座的幾何結(jié)構(gòu)和冗余度得到了顯著增強,從而提高了導航系統(tǒng)的可靠性,并增強了系統(tǒng)對故障的可區(qū)分能力。(2)探討了衛(wèi)星導航和慣性導航組合系統(tǒng)的可靠性理論,分析了不同衛(wèi)星導航系統(tǒng)以及慣導系統(tǒng)的精度對組合系統(tǒng)可靠性的影響。不同于單獨的衛(wèi)星導航系統(tǒng),組合導航系統(tǒng)中,各衛(wèi)星的最小可探測粗差不僅受衛(wèi)星高度角、冗余觀測量以及衛(wèi)星幾何分布的影響,很大程度上也依賴于具體采用的卡爾曼濾波模型。當卡爾曼濾波的解算精度隨導航時間收斂后,各衛(wèi)星的最小可探測粗差也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。此外,衛(wèi)星導航系統(tǒng)與不同精度的慣導系統(tǒng)組合時,高精度的慣導系統(tǒng)有助于降低觀測量的最小可探測粗差,但降低的幅度并不與慣導系統(tǒng)的精度成正比,這是由卡爾曼濾波中觀測值噪聲陣及狀態(tài)轉(zhuǎn)移噪聲陣的相互作用決定的。(3)提出了慣性傳感器中有色噪聲的建模與補償方法。為了提高慣性導航系統(tǒng)的精度,需要對慣性傳感器誤差進行估計與精確建模。零偏不穩(wěn)定性噪聲模型比較復雜,傳統(tǒng)模型都是基于一階馬爾科夫過程的,本文從理論上分析了零偏不穩(wěn)定性過程,證明了零偏不穩(wěn)定過程可以等效于多個一階馬爾科夫過程,并結(jié)合角隨機游走和速率隨機游走噪聲對傳感器進行建模,通過卡爾曼濾波增強矩陣對傳感器進行補償,最后試驗驗證了此方法的可行性。(4)提出了基于相關(guān)性分析的組合導航的故障檢測和隔離方法。當衛(wèi)星的幾何分布較差時,會造成觀測模型殘差之間的高相關(guān)性,由此導致了故障檢測中的誤判行為。本文理論分析了由相關(guān)性引起的誤判行為對導航定位的影響,提出了一種基于標準化殘差相關(guān)性分析的故障檢測與隔離的算法。當衛(wèi)星幾何結(jié)構(gòu)良好時,可以保證故障檢測的正確性,因而可以直接剔除檢測到的含故障的觀測值。而當觀測值對應(yīng)的殘差間出現(xiàn)強相關(guān)性時,采用自適應(yīng)降權(quán)的方法對可能存在故障的觀測值進行處理。試驗結(jié)果表明,該方法可以有效控制異常觀測值對定位結(jié)果的影響。(5)設(shè)計了可用于巡飛彈導航系統(tǒng)的基于載波相位時間差分高精度組合導航定位和測速方法。本文針對巡飛彈的具體應(yīng)用設(shè)計了利用載波相位時間差分的導航算法,避免求解模糊度,大大減小了系統(tǒng)運算復雜度。組合導航試驗結(jié)果表明,利用載波相位時間差分可以獲得毫米/秒量級的速度信息以及米級精度的位置解算結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：巡飛彈 組合導航系統(tǒng) 故障檢測和隔離 完好性監(jiān)測 慣性傳感器 隨機誤差建模 載波相位時間差分
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TJ765.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 研究的背景及意義12-14
• 1.2 相關(guān)技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀14-25
• 1.2.1 組合導航技術(shù)及發(fā)展概述14-17
• 1.2.2 完好性監(jiān)測和故障檢測技術(shù)概述17-21
• 1.2.3 慣性傳感器誤差補償技術(shù)概述21-25
• 1.3 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排25-28
• 2 巡飛彈導航系統(tǒng)組成及性能需求分析28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 巡飛彈飛行特性與航跡模型28-35
• 2.2.1 某巡飛彈搜索彈道方案28-30
• 2.2.2 巡飛彈巡飛航跡運動學模型30-35
• 2.3 巡飛彈導航系統(tǒng)的設(shè)計及需求分析35-40
• 2.3.1 基于多傳感器組合的巡飛彈彈載導航系統(tǒng)簡介35-39
• 2.3.2 巡飛彈導航系統(tǒng)特點及需求39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 3 慣性導航系統(tǒng)有色噪聲誤差建模與補償技術(shù)研究41-64
• 3.1 引言41-42
• 3.2 慣性傳感器隨機誤差類型和辨識方法42-48
• 3.2.1 慣性傳感器隨機誤差類型42-44
• 3.2.2 基于頻域分析的慣性傳感器隨機誤差辨識方法44-46
• 3.2.3 基于時域分析的慣性傳感器隨機誤差辨識方法46-48
• 3.3 基于多個一階高斯馬爾科夫過程的隨機誤差在線補償方法研究48-55
• 3.3.1 慣性傳感器隨機誤差在線補償?shù)姆椒ㄔO(shè)計48-50
• 3.3.2 零偏不穩(wěn)定性隨機微分方程的等價性證明50
• 3.3.3 基于有色噪聲的增強卡爾曼濾波模型50-55
• 3.4 GNSS輔助的慣性傳感器隨機誤差在線補償?shù)尿炞C試驗55-63
• 3.4.1 地面跑車試驗方案的設(shè)計55-57
• 3.4.2 慣性傳感器隨機誤差辨識靜態(tài)試驗57-60
• 3.4.3 組合導航系統(tǒng)在線補償動態(tài)模擬試驗60-63
• 3.5 本章小結(jié)63-64
• 4 基于北斗的多衛(wèi)星導航系統(tǒng)融合方案與性能分析64-79
• 4.1 引言64
• 4.2 GNSS基本觀測量的確定64-66
• 4.3 GNSS故障檢測與隔離算法66-69
• 4.3.1 基于開方的全局故障檢測方法66-67
• 4.3.2 基于數(shù)據(jù)探測法的故障識別方法67-68
• 4.3.3 最小二乘估計的可靠性68-69
• 4.3.4 備選假設(shè)檢驗量的可區(qū)分性69
• 4.4 基于北斗的多衛(wèi)星導航系統(tǒng)融合方案69-72
• 4.5 基于北斗的多衛(wèi)星導航系統(tǒng)完好性性能分析72-77
• 4.5.1 基于北斗的多衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位精度性能分析72-74
• 4.5.2 基于北斗的多衛(wèi)星導航系統(tǒng)完好性性能分析74-77
• 4.6 本章小結(jié)77-79
• 5 組合導航高精度可靠融合技術(shù)研究79-105
• 5.1 引言79-80
• 5.2 卡爾曼濾波的等價最小二乘形式表征及推導80-82
• 5.3 組合導航數(shù)據(jù)處理方法設(shè)計82-87
• 5.3.1 基于偽距和偽距率的緊組合算法設(shè)計82-85
• 5.3.2 基于載波相位時間差分緊組合導航算法研究85-87
• 5.4 基于多衛(wèi)星系統(tǒng)的緊組合導航性能分析87-92
• 5.4.1 多衛(wèi)星緊組合導航定位性能分析88-90
• 5.4.2 多衛(wèi)星緊組合導航可靠性分析90-92
• 5.5 基于相關(guān)性的GNSS/SINS組合定位研究92-103
• 5.5.1 基于標準化殘差故障隔離的可區(qū)分性研究93-96
• 5.5.2 基于可區(qū)分性理論的組合導航故障隔離方法96-99
• 5.5.3 復雜環(huán)境下模擬試驗與結(jié)果分析99-103
• 5.6 本章小結(jié)103-105
• 6 巡飛彈導航系統(tǒng)仿真與飛行模擬試驗105-122
• 6.1 引言105
• 6.2 巡飛彈組合導航仿真105-112
• 6.2.1 巡飛彈方案彈道設(shè)計和仿真105-107
• 6.2.2 仿真結(jié)果與分析107-112
• 6.3 基于機載動態(tài)飛行環(huán)境驗證的模擬試驗112-121
• 6.3.1 試驗設(shè)備和方案112-115
• 6.3.2 試驗結(jié)果與分析115-121
• 6.4 本章小結(jié)121-122
• 7 總結(jié)與展望122-125
• 7.1 論文總結(jié)122-123
• 7.2 論文創(chuàng)新點123-124
• 7.3 研究工作展望124-125
• 致謝125-127
• 參考文獻127-138
• 附錄138-139

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 溫永智;吳杰;;高軌飛行器精確導航的載波相位時間差分/捷聯(lián)慣導緊組合算法[J];武漢大學學報(信息科學版);2011年10期

，

本文編號：853104