【摘 要】
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常规弹药制导化改造是现代战争信息化、智能化发展的重要方向。弹体导航参数信息的可靠高精度测量是制导弹药实现精准打击的关键。基于MEMS技术的惯性基组合导航系统使制导弹药对“动态、过载、精度、成本”等要素的需求成为可能。因此,发展高精度及高可靠性的惯性基组合导航技术是弹载导航领域所研究的重点和焦点,对制导弹药的发展具有重要现实意义。本论文在课题组前期开展的旋转制导弹用半捷联惯性导航系统研究的基础上,以
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“高动态短航时弹用半捷联惯性测量系统误差自补偿理论与方法研究（61973280）”
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常规弹药制导化改造是现代战争信息化、智能化发展的重要方向。弹体导航参数信息的可靠高精度测量是制导弹药实现精准打击的关键。基于MEMS技术的惯性基组合导航系统使制导弹药对“动态、过载、精度、成本”等要素的需求成为可能。因此,发展高精度及高可靠性的惯性基组合导航技术是弹载导航领域所研究的重点和焦点,对制导弹药的发展具有重要现实意义。本论文在课题组前期开展的旋转制导弹用半捷联惯性导航系统研究的基础上,以提高复杂弹载环境下半捷联惯性基组合导航系统的环境适应性、可靠性及导航性能为目标,从组合导航算法、导航性能保持、空中对准方法入手,围绕弹载半捷联惯性基组合导航系统所涉及的关键技术开展了研究,通过设计不同方案的试验验证了所提适用于复杂弹载环境的高精度、高可靠性组合导航技术方法的有效性。在查阅大量文献前沿与分析相关国内外研究现状的基础上,剖析了制导弹用组合导航系统所面临的技术挑战,据此确立了本文的研究内容和方法,主要有如下几个方面:（1）为进一步提高弹载组合导航系统在的抗过载能力和环境适应性,针对旋转制导弹药的运动特点及导航需求,设计了一种基于多级复合轴承及对顶半球的优化结构。通过设计一种基于对顶半球的抗高过载结构提高了现有导航系统的抗过载能力;通过研制一种基于复合轴承的减旋装置,进一步隔离了旋转制导弹高旋环境对测量系统的影响,有效缓解了制导弹用惯性传感器量程与精度的矛盾。最终提升了半捷联惯性基组合导航系统对弹载环境的适应性。（2）针对复杂弹载环境下,组合导航系统中各传感器尤其GNSS易受干扰导致测量性能发生变化及输出异常,严重影响系统测量精度问题,提出了一种基于因子图优化的强鲁棒性组合导航算法。在充分考虑各种传感器关键参数的基础上,引入因子图技术建立了SSINS/GNSS组合导航因子图模型,避免了传感器信息异常时重新建立滤波模型的复杂过程,提高了由复杂环境引起传感器输出异常情况下组合导航系统精度及实时性;在此基础上,设计了一种能够实现权重调整与故障隔离的动态权值函数,实现融合信息的权重分配。最终实现了SSINS/GNSS组合导航系统在复杂弹载环境下传感器测量异常时导航性能和鲁棒性的提升。（3）针对由于复杂弹载及作战环境引起SSINS/GNSS组合导航系统正常工作不久后出现卫星拒止情况,导致系统导航性能急剧下降的问题,提出了一种基于随机森林回归的小波神经网络及动力学信息混合辅助的无缝导航方法。引入了随机森林回归对单一小波神经网络进行优化,避免了由于训练样本较少导致单一神经网络易过拟合、预测精度低和不稳定的缺陷,提高了少样本训练条件下神经网络的预测精度;另外,在不增加额外传感器辅助的前提下,推导并引入了系统动力学信息辅助SSINS,进一步提高了卫星拒止条件下组合系统的导航性能。最终实现了卫星拒止条件下SSINS/GNSS组合系统导航性能的保持。（4）针对在短航时弹载条件下,基于中低精度MEMS惯性器件的SSINS/GNSS组合导航系统无法有效快速实现满足精度要求的空中对准问题,提出了一种基于回溯导航动态修正的空中对准方法。在充分考虑不可忽视的惯性传感器误差基础上,设计了适用于弹载SSINS/GNSS组合导航系统的基于回溯导航的空中对准方法。通过构造基于李群的简化容积卡尔曼滤波器,对回溯对准过程中惯性器件偏差及相关定姿矢量构造误差进行有效估计及修正,在简化对准过程的同时提高了对准精度,有效缓解了短航时情况下对准精度与对准速度的矛盾。另外,通过引入矩阵李群概念,将整个对准过程在李群上进行讨论,使对准过程更加简洁。最终实现了短航时条件下弹载SSINS/GNSS组合导航系统的快速高精度空中对准。（5）最后,在上述理论方法研究的基础上,分别通过设计不同方案的地面车载试验验证了所提算法及方案的可行性和先进性。本论文的研究成果对于制导弹用惯性/卫星组合导航系统的成功实现具有重要的借鉴意义。
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