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空间机动平台SINS/GPS组合导航系统研究

马松  
【摘要】:捷联惯性导航系统(SINS,Strap-down Inertial Navigation System)、全球定位系统(GPS,Global Positioning System)、星敏感器(Star Sensor)组合导航系统是综合了SINS自主性和GPS高精度优点以及星敏感器无姿态积累误差等优点的现代导航系统,SINS/GPS组合导航系统,具有导航精度高、可靠性好、小型化等特点,是高度自主性和高精度导航的重要方案,而陀螺与星敏感器联合定姿的组合导航方案更是高精度姿态确定系统的理想方案。 基于伪距、伪距率的SINS/GPS紧密组合导航系统相对于基于速度、位置的组合导航系统具有更高的导航精度、更好的鲁棒性、抗干扰性。 论文主要研究工作包括: 主要分析了捷联惯导系统的原理,讨论了捷联惯导系统在地固坐标系下的力学编排和误差分析。在原理分析的基础上,建立了轨迹模拟器、陀螺仪以及加速度计仿真器,并且利用Matlab/Simulink搭建了捷联惯导仿真平台。对捷联惯导系统在不同初始对准精度的条件下进行了仿真。 研究了紧密组合导航系统的卡尔曼滤波模型,利用STK卫星仿真软件建立GPS卫星星座,通过对可见星的判断以及计算卫星的几何精度因子得出最佳导航星座,实现对空间机动平台在机动状态以及非机动状态的导航任务。通过对捷联惯导系统与SINS/GPS组合导航系统的比较,表明SINS/GPS组合导航系统提高了导航精度,满足导航要求。 针对SINS/GPS组合导航系统存在着航向精度不高、航向角误差估计的收敛速度较慢和对Z轴陀螺漂移的估计效果较差等的问题,论文提出采用捷联惯导系统自带的陀螺仪与星敏感器联合定姿,通过设计扩展卡尔曼滤波算法,使星敏感器和陀螺的优势得到发挥,能够达到高精度空间飞行器姿态确定系统的要求。


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