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地磁/光谱红移组合导航系统研究

张剑峰  
【摘要】:地磁/光谱红移组合导航,是一种全新的自主导航方式,目前国内外的学者对此自主导航方法的研究都比较少,虽然地磁/光谱红移组合导航虽然具有一些显而易见的缺点——只能获得运载体的位置信息、精度不如其他组合导航方式高,但是因为具有自主性高、导航误差不随时间积累、成本较低、建模简单、导航星选取灵活、状态空间模型简单等优点,而受到越来越多的学者和工程技术人员的重视。本文对地磁/光谱红移组合导航进行了比较深入的探究,包括解算公式的推导、导航位置的状态模型建立、卡尔曼滤波设计以及对卡尔曼滤波仿真结果的分析。在文章最后还探讨了地磁/光谱红移组合导航的地面半物理仿真方法。 首先介绍了地磁/光谱红移组合导航的研究背景,相关技术国内外的研究现状,规划了全文结构。然后介绍了导航系统的基本知识,包括在导航系统中经常用到的坐标系—导航坐标系、地理坐标系、惯性坐标系等。分析了地磁/光谱红移组合导航的两个子系统-地磁导航系统和光谱红移导航系统的原理,并且针对地磁/光谱红移组合导航的特点,选择地磁/光谱红移组合传感器。接着根据特定的地磁和光谱红移传感器,研究了这两种传感器测量数据的噪声特点,证明了噪声可以看作是白噪声,从而可以应用卡尔曼滤波进行处理。 此外本文独立建立了地磁/光谱红移组合导航系统模型。采用状态空间法建立了系统的数学模型,给出了状态矩阵和观测矩阵的列写形式随后,通过巧妙选取另一组状态变量,对模型进行了简化。接着通过求取雅克比矩阵,对系统在标称状态附近进行线性化。在建立系统模型的基础上,分析了地磁/光谱红移组合导航的仿真方法。在设定的初始状态下,编写Matlab程序完成了系统仿真与结果分析。仿真结果表明,地磁/光谱红移组合导航方法满足导航要求。 最后,研究了地磁/光谱红移组合导航的地面半物理仿真实验设计方法。在介绍多自由度半物理仿真系统的基础上,提出了地磁/光谱红移组合导航的地面半物理仿真试验方法,给出了导航信号、传感器替代方案。


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