可重复使用运载器全程导航信息融合方法

发布时间：2017-10-13 06:01

  本文关键词：可重复使用运载器全程导航信息融合方法

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【摘要】：可重复使用飞行器(Reusable Launch Vehicle,RLV)能够降低太空进入成本,为航天战略目标的发展服务。在RLV的全程飞行过程中,导航系统的重要性不言而喻,通过惯导器件的初始对准和多导航信息源的在轨导航信息融合,可以提供更加准确的导航信息;同时,估计出惯性器件(陀螺和加速度计)的零偏误差,实现对惯性器件的误差标定。本文以长航时下的高精度、高可靠性导航系统设计为目的,通过对初始对准和在轨导航信息融合方法方案开展理论研究和对应的仿真分析验证,进一步提高RLV的导航精度,增强RLV的任务执行能力。首先,分别针对上升段和在轨段分析了RLV的受力情况,给出了RLV的动力学和运动学方程,并设计了仿真轨迹。针对RLV发射前在发射场受到的外界环境干扰(以风场为主)进行了建模,并进行了仿真验证,为后续分析奠定了坚实的基础。随后,分析了发射惯性坐标系下捷联惯性导航系统的力学编排和解算更新原理,并在小角度、线性化假设下,推导了SINS的误差传播方程,给出了加速度计和陀螺仪的输出误差模型。通过仿真验证了算法的有效性,同时仿真结果验证了纯惯性导航的局限性和进行信息融合的必要性。在此基础上,分析了惯导系统初始对准的工作流程,研究了通过地理信息进行解析粗对准和通过卡尔曼滤波方法进行滤波精对准的方法,并给出了初始对准方案和对应的精度评估方法。最后,分别给出了GNSS和CNS导航系统的误差模型,分析了其误差特性;建立了GNSS和CNS的量测方程,进行了INS/GNSS/CNS多源信息融合滤波器的设计,并进行了相应的仿真验证与分析。
【关键词】：可重复使用运载器 信息融合 组合导航 在轨修正
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2;TP202
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 研究目的与意义8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 可重复使用运载器的研究现状8-10
• 1.2.2 静基座初始对准技术研究现状10-12
• 1.2.3 导航信息融合技术研究现状12-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 第2章 可重复使用运载器动力学建模与轨迹分析15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 可重复使用运载器动力学建模15-20
• 2.2.1 上升段动力学建模15-19
• 2.2.2 在轨段动力学建模19-20
• 2.3 干扰分析与建模20-21
• 2.4 数学仿真21-25
• 2.4.1 可重复使用运载器飞行轨迹设计21-24
• 2.4.2 干扰模型仿真24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 可重复使用运载器捷联惯导系统建模与分析26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 SINS力学编排与解算方法26-28
• 3.3 SINS误差传播特性分析28-31
• 3.3.1 SINS误差模型28-30
• 3.3.2 SINS误差传播机理30-31
• 3.4 数学仿真31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 可重复使用运载器初始对准技术研究34-52
• 4.1 引言34
• 4.2 可重复使用运载器静基座粗对准方法34-40
• 4.2.1 RLV初始姿态矩阵求取34-35
• 4.2.2 静基座解析粗对准35-40
• 4.3 可重复使用运载器静基座精对准方法40-42
• 4.4 对准方案设计42-45
• 4.5 数学仿真45-51
• 4.5.1 粗对准45-49
• 4.5.2 精对准49-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 可重复使用运载器全程飞行导航系统设计52-73
• 5.1 引言52
• 5.2 辅助导航系统建模与分析52-57
• 5.2.1 卫星导航系统解算建模与误差分析52-55
• 5.2.2 星光导航解算建模与误差分析55-57
• 5.3 组合导航信息融合修正方法57-68
• 5.3.1 组合导航系统状态向量的选取57-58
• 5.3.2 组合导航系统校正方式58-59
• 5.3.3 惯导/卫星组合导航算法59-63
• 5.3.4 惯导/卫星/星光组合导航算法63-68
• 5.4 数学仿真68-72
• 5.4.1 惯导/卫星组合导航68-70
• 5.4.2 惯导/卫星/星光组合导航70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 个人简历81

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本文编号：1023184