卫星导航技术专题讲座(三) 第5讲 卫星导航增强技术

卫星导航的应用将导航带入了新纪元,然而现有卫星导航技术仍然在精度、可用性、完好性以及连续性等方面无法满足很多场合下的应用需求。为了提升卫星导航系统的性能,人们采用了多种手段来增强基本卫星导航系统的性能。文中讨论了多种常见增强技术和系统,分析其工作原理及相应的性能特性。增强系统作为基本系统的有效补充,今后仍将会在导航技术的发展中扮演重要角色。     

基于MEMS器件的弹载组合导航技术

卫星/微惯导组合导航是目前弹载导航系统领域的研究热点。在深入研究弹载卫星/微惯导组合导航体系架构的基础上,分析了弹载导航的关键技术以及各关键技术的解决方案;采用适应高过载环境的微惯性元件及电路模块的缓冲保护措施,提高组合导航系统的抗高过载性能;提出卫星辅助MEMS测量信息的姿态角估计技术解决了空中对准问题,采用基于加性四元数的差量卡尔曼滤波技术,实现了卫星定位与微惯导的高精度组合。试验结果表明,该技术可有效解决制导弹药的导航问题。     

国内外卫星导航技术发展综述

随着高科技的飞速发展,卫星导航技术也日新月异.主要叙述了导航卫星星座的导航定位原理、精度指标和性能指标的评价方法以及国内外卫星导航技术的发展趋势,分析了各种卫星导航技术(美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的GLONASS系统、中国的CNSS--"北斗"卫星导航定位系统以及将要投入使用的欧洲GALIELO卫星导航系统)中存在的问题以及给出解决这些问题的可行方案.从而为工程实际应用提供了借鉴的依据.     

航空导航技术的发展方向

针对航空导航的特点,对现有航空导航装备的特点进行了分析,并结合未来作战的需求,给出了航空导航技术的发展方向,主要是组合式导航体制,将卫星导航与惯导的组合进一步与地形辅助导航、地球物理导航、地磁导航等方式结合起来.     

GPS/INS组合导航技术研究

随着GPS和INS技术的发展,组合导航系也逐渐成熟。采用卡尔曼滤波对GPS/INS组合导航系统进行仿真,并将仿真结果和INS仿真结果相比较得出,GPS/INS组合导航系统经过滤波的误差估计精度得到了显著提高,并比INS单一导航有明显优势。     

伪卫星辅助的车辆组合导航算法

研究了采用伪卫星辅助的车辆组合导航系统,以及SINS/里程仪/伪卫星车辆组合导航方案、误差方程、联邦滤波算法,并进行了算法仿真.仿真结果表明,伪卫星加入车辆组合导航系统后导航误差可以得到明显改善.伪卫星是一种完全自主的导航定位系统,伪卫星辅助导航不会影响车辆的快速性和机动性,提出的采用伪卫星辅助的SINS/里程仪车辆组合导航系统是一种可行的战区内车辆精确导航定位方案.     

X射线脉冲星/SINS组合导航中的钟差修正方法研究

X射线脉冲星/SINS组合导航是提高脉冲星导航通用性的有效手段和未来工程应用的可行方案之一,但当星载时钟存在钟差漂移时,该组合导航系统在长航时不能保证导航精度。为此,本文提出一种X射线脉冲星/SINS组合导航系统的钟差修正方法,通过将钟差增广为组合导航系统的状态变量有效解决了因星载时钟钟差漂移引起的导航精度下降问题,为X射线脉冲星导航的工程应用奠定了理论基础。     

INS/GPS组合导航方式及应用前景

主要对惯性导航与卫星导航的各种组合方式作了详细的介绍 ,并分析了采用 INS与 GPS相结合时整个系统的性能和滤波算法 ,并对 INS/GPS组合导航的应用前景做了一般性的分析。     

GNSS/INS超紧组合导航综述

卫星/惯性超紧组合导航系统以其定位精度高、动态性能优良、抗干扰能力强等特性成为组合导航领域的研究热点。介绍了卫星/惯性超紧组合的定位原理,基于对技术原理的分析,比较超紧组合模式相对于其他组合模式的优势特点;以高动态下超紧组合技术及卫星/微惯性单元超紧组合为代表介绍国内外研究现状;总结了亟待研究的容错控制技术、神经网络辅助、多传感器辅助超紧组合等关键技术,并对卫星/惯性超紧组合向着低成本、高精度、强稳定趋势发展的前景进行展望。     

导航定位技术的发展和军事应用

导航定位在近代得到了广泛的发展,在精度和可用性等方面得到了质的提高.介绍了从20世纪20年代到现代,各种导航定位技术的发展.分析了军事领域对导航定位技术的应用需求,并较为详细地介绍了卫星导航定位系统的基本原理和发展现状,同时介绍了一种不依赖现有导航定位系统的现场定位手段,证明发展我国新型导航定位系统的必要性和迫切性.     

航路点导航参数计算

根据当前船位和预置的航路点位置计算航路点导航参数是舰船导航的基本问题,为此推导了一组大圆航法和等角航法下航路点导航参数的解析计算公式,非常适合于在组合导航系统中使用。     

装甲机械化部队惯性导航系统的一种实现

阐述了惯性导航在装甲机械化部队中应用的意义,军用车辆惯性导航的实用原理,给出了一种利用计算机构成惯性导航系统的方案。     

捷联惯导/里程计组合导航技术

在分析捷联惯导/里程计组合导航工作原理的基础上,就里程计辅助下的初始对准、里程计刻度因子在线标定、杆臂效应、系统故障处理等关键问题研究现状进行了分析,最后对未来的发展进行了预测。     

联邦滤波器的SINS/GNS/DVS水下组合导航

针对现有的水下导航系统不能全面满足AUV导航的需要,为了提高水下航行器组合导航系统长时间远航程的隐蔽性,可靠性及精度,提出了一种基于联邦滤波器的惯性导航系统、地磁导航、多普勒速度声纳的组合导航方案,并采用简化自适应卡尔曼算法对水下航行器组合导航系统进行误差估计,解决了传统卡尔曼滤波容易发散的问题.仿真结果表明,在SINS/GNS/DVS组合导航中采用该算法,提高了定位精度,保证了滤波的快速性,验证了该算法的可行性和正确性.     

捷联惯性+星光修正组合导航研究

针对捷联惯性导航系统的初始对准误差所造成的导航误差,提出了捷联惯性+星光修正组合导航方案。利用光学导引头得到的星体观测值,估计初始对准误差,进而修正捷联惯性导航的姿态角、速度和位置。推导了捷联惯性+星光修正组合导航算法,得到了初始对准误差的估计公式和速度、位置的修正矩阵,并通过仿真分析证实了方案的可行性和算法的有效性。     

Biased retro-proportional navigation law for interception of high-speed targets with angular constraint

A new guidance law, called biased retro proportional navigation (BRPN), is proposed. The guidance law is designed to intercept high-speed targets with angular constraint, which can be used for ballistic target interception. BRPN guidance law is defined, and the exact time-varying bias for a required impact angle is derived. Furthermore, the simulation results (trajectory, variation of navigation ratio, capture region, etc) are compared with those of biased proportional navigation (BPN), proportional navigation and retro-proportional navigation. The results show that, at the cost of a higher intercept time, BRPN demands lower terminal lateral acceleration and has larger capture region compared to BPN.     

真比例导引律的解析解研究

描述比例导引律的模型都是非线性微分方程组,不易求解,常规求解方法是线性化.对真比例导引律进行了详细推导,并和纯比例导引律进行了比较和分析,通过坐标变换和引入相对运动的单位角动量,获得了解析的捕获域和截获时间.研究结果表明,真比例导引律的捕获域受到导航比的限制,纯比例导引律的捕获域在一定条件下不受导航比限制.     

惯性信息辅助的星像点质心提取方法

针对振动环境中星敏感器曝光得到的模糊星像点质心提取精度低的问题,提出了惯性信息辅助的星像点质心提取模型并建立了相应的算法。算法以星像点区域的加权中心为曝光初始时刻的星像点质心,根据与星敏感器捷联的惯性设备测得的振动信息计算质心在曝光过程中的轨迹并利用星像点能量分布模型估计恒星的成像区域和加权中心,采用迭代的方法使得两加权中心重合,从而得到曝光结束时刻星像点质心的精确值。仿真分析了算法的质心提取精度及相关因素对提取精度的影响,结果表明算法在振动环境下仍可准确提取出星像点的质心,精度在百分之一像素左右,而且算法具有较好的适用性。