船用捷联式惯性/天文组合导航方法的研究

【摘要】：伴随电子信息技术的飞速发展，远程精确打击技术已成为发展武器系统的重中之重，其逐渐向隐蔽化、高效化与智能化等多个方向迅猛发展。而实现远程精确打击的关键技术就是高精度的导航技术，从而研制高精度的导航系统已势在必行。当今世界，仅仅单独使用一种导航方式很难实现运行载体的高精度远程导航，解决问题的最好办就是使用多种导航系统，将其有效的组合起来，互补优缺点，这也是组合导航出现的必然原因捷联惯导系统由于其具有独特的优势，得到了越来越多的青睐，现已成为众多运载体的主要导航手段，但是其误差随时间的增长而积累的缺点一直困扰着人们。组合导航系统的应用使这个问题得到了很好的解决。天文导航系统是一种高精度、抗干扰能力强的导航系统，缺点是数据的更新率比较低，但其误差不随时间的增长而积累。因此可以将捷联惯导系统与天文导航系统组合起来，以捷联惯导系统为主，天文导航系统为辅，使各自的优势得到充分发挥，达到高精度导航的目的。 文章首先分析了捷联惯导系统的基本原理，基于基本原理对其数学模型进行了算法编排，推导了捷联惯导系统的基本方程，并在对其进行误差分析的基础上列写了误差方程。介绍了天文导航系统的基本原理，重点探讨了天文导航中几个核心环节，如导航星图模拟、提取及识别匹配等。对捷联式惯性/天文组合导航系统的组合导航工作方式进行了分析，重点利用卡尔曼滤波技术对基于信息融合的三种组合方法在MATLAB环境下进行了仿真验证，并结合单纯捷联惯导系统进行了全面的比较。 通过对仿真结果进行比较与分析，表明基于四元数误差的组合方法误差过大，利用价值不大；而基于误差四元数的组合方法误差在可接受范围之内，但只适用于短航时的导航任务；本文重点介绍的基于姿态误差的组合方法无论在精度与稳定性方面均优于前两种方法，满足长航时的导航要求，为船用捷联式惯性/天文组合导航系统的发展提供了借鉴，颇有工程应用价值。