论文部分内容阅读
本文以舰载机组合导航着舰引导为研究背景,以卫星/惯性紧组合导航系统和接收机自主完好性监测算法为研究对象,以满足卫星/惯性紧组合导航的高精度及完好性需求为研究目标,围绕载波相位参与紧组合导航和故障排除算法开展了研究工作。针对舰载机着舰引导对紧组合导航系统高精度的要求,本文研究了历元间位置增量参与紧组合导航的方案,并对其误差特性进行了试验分析。本文首次将高精度的历元间位置增量应用于组合导航的测量更新过程,在对其误差特性进行试验分析的基础上,有效提升了组合导航系统的速度精度和位置精度。与传统的星间历元间载波相位双差参与紧组合的方案比较,本文提出的方案收敛速度和导航精度要优于传统的方法,并且由于历元间位置增量需要观测向量增加的维数较少,因此计算效率也会更高。通过对实测数据进行处理,由精度评估结果可知,紧组合导航系统的水平方向定位误差在两米以内,定速精度为厘米级,姿态误差在一度以内,可以满足着舰引导对绝对导航的精度要求。本文提出了基于残差分离的完好性监测算法,有效提升了故障排除的准确率。本文以改进伪距单点定位为背景,针对伪距观测量中存在的粗差,使用基于最小二乘残差矢量的故障监测方法构造统计量和检验门限,并对定位误差保护限进行了评估,确保卫星构型满足完好性监测要求。然后针对传统的数据探测法只能用于单个故障和误排率高的缺陷,提出了基于残差分离的故障排除算法,该方法不仅可以较为准确地剔除包含粗差的伪距观测量,而且可以用于多颗卫星发生故障的情形。最后经过对实测数据进行处理,验证了残差分离法相对于传统的数据探测法的优越性和有效性。针对舰载机着舰引导对紧组合导航系统完好性的要求,本文实现了自主完好性监测方法在紧组合导航系统中的应用,验证了残差分离方法的有效性和通用性。为了确保紧组合导航系统的完好性,本文完成了紧组合导航中的完好性监测方案设计,并仿照针对伪距粗差的故障检测与排除方法,提出了针对多普勒和载波相位观测信息中的粗差检测与排除方法。然后通过在两个伪距观测量中加入粗差,验证了残差分离方法应对多颗卫星发生故障的性能。最后通过在一组实测数据中加入三种类型粗差,验证了粗差对于紧组合导航系统精度的影响,以及残差分离方法粗差剔除功能的准确性。当前北斗卫星全球导航系统即将全面建成,与此同时,我国海军航母平台提升作战效能需求愈加迫切,具备完好性监测功能的卫星/惯性组合导航系统必将在着舰引导领域发挥日益重要的作用。本文的研究成果能够为实现在复杂气候和环境下的舰载机安全着舰提供技术支撑,为研制我国基于北斗卫星导航系统的自动着舰系统提供研究思路和理论基础。