基于GBAS的高精度进近着陆组合导航方法研究

发布时间：2017-10-23 00:32

  本文关键词：基于GBAS的高精度进近着陆组合导航方法研究

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【摘要】：本文以可重复使用运载器为研究对象,开展基于卫星导航陆基增强系统的高精度进近着陆组合导航方法研究。传统的惯性导航系统是一种全自主的导航手段,数据更新周期短,能够提供可靠性的连续导航,但其长期定位精度差;而GBAS能够提供长期高精度定位信息,但数据更新周期较长,可靠性受到外界干扰影响,很难保证在复杂天气情况下的连续导航。为保障RLV在进近着陆过程中导航系统的可靠性与连续性,以及提供进近着陆所需的导航精度,采用GBAS辅助惯性导航的组合导航方式以满足RLV的进近着陆导航需求。本文的主要研究内容如下:首先,建模分析RLV惯性导航系统模型,以“北-天-东”坐标系为导航坐标系,推导SINS解算模型及SINS非线性误差传播模型,建立陀螺仪和加速度计测量误差模型,根据标称轨迹开展惯性导航数值仿真分析,验证模型的正确性。然后,重点开展对卫星导航陆基增强系统的研究,包括分析陆基增强系统构成、误差来源和相应的修正算法以及解算方法。GBAS由空间导航卫星、地面系统和用户三部分构成,影响其定位精度的误差主要有地面接收机误差、电离层延迟和对流层延迟,其中对对流层延时进行了重点研究。在Hopfield改进模型的基础上,通过对基准站地区的气象数据进行统计、分析和建模,计算对流层折射指数、均值大气高度和折射不确定度等参数,建立差分对流层修正模型。在伪距差分算法中引入对流层延迟项,通过GDOP选星算法和GBAS解算方法,求出具有较高精度的用户位置坐标,提高RLV在进场着陆过程中的导航精度。根据建立的卫星、用户及误差模型,对卫星导航陆基增强系统进行综合仿真验证,对比分析传统的卫星导航(GPS)、差分卫星导航(DGPS)及卫星导航陆基增强系统(GBAS)三种导航方式的定位精度,验证了陆基增强系的有效性。最后,进行SINS/GBAS组合导航系统建模与数值仿真分析工作。利用SINS的非线性误差传播模型,以GBAS输出的精确位置信息为基础,以EKF为核心滤波算法,建立SINS/GBAS组合导航系统滤波器并给出“输出+反馈”的组合导航复合修正结构;利用MATLAB/Simulink仿真工具,搭建了SINS/GBAS组合导航系统仿真模块开展数值仿真,验证了基于SINS/GBAS组合导航的RLV精密进近着陆导航系统方案的可行性。
【关键词】：可重复使用运载器 组合导航 卫星导航 陆基增强系统 进近着陆
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 可重复使用运载器在国内外的研究现状11-13
• 1.2.1 美国RLV的研究状况11
• 1.2.2 日本RLV的研究状况11-12
• 1.2.3 RLV导航技术研究现状12-13
• 1.3 卫星导航技术的国内外研究现状13-19
• 1.3.1 单基准站实时差分技术13-14
• 1.3.2 广域差分技术14-15
• 1.3.3 局域差分技术15-17
• 1.3.4 GBAS定位技术研究现状17-19
• 1.4 组合导航滤波技术研究现状19-20
• 1.5 本文主要研究内容及结构安排20-22
• 第2章 RLV惯性导航系统建模22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 坐标基准与坐标转换关系22-23
• 2.2.1 坐标基准定义22
• 2.2.2 姿态角定义22-23
• 2.2.3 姿态转换关系23
• 2.3 捷联惯导解算模型23-25
• 2.3.1 捷联解算姿态更新模型23-24
• 2.3.2 捷联解算速度更新模型24-25
• 2.3.3 捷联解算位置更新模型25
• 2.4 捷联惯导非线性误差传播模型25-27
• 2.4.1 姿态偏差矩阵25-26
• 2.4.2 惯性导航位置误差传播模型26
• 2.4.3 惯性导航速度误差传播模型26-27
• 2.4.4 惯性导航姿态误差传播模型27
• 2.5 捷联惯导工具误差模型与误差参数设置27-28
• 2.5.1 陀螺仪测量误差模型27
• 2.5.2 加速度计测量误差模型27-28
• 2.6 惯性导航仿真28-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 卫星导航陆基增强系统构成32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 空间导航卫星32-34
• 3.3 地面系统34-35
• 3.4 用户系统（RLV）35-36
• 3.5 参考系统36-38
• 3.5.1 坐标系统36-37
• 3.5.2 时间系统37
• 3.5.3 坐标转换37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 GBAS误差分析及修正算法39-47
• 4.1 引言39
• 4.2 地面接收机误差39-40
• 4.3 电离层误差40-41
• 4.4 对流层误差41-45
• 4.4.1 对流层折射指数42-43
• 4.4.2 均值大气高度43
• 4.4.3 仿真算例43-45
• 4.5 误差修正数据编组45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 陆基增强系统解算方法47-57
• 5.1 引言47
• 5.2 伪距差分算法47-49
• 5.3 导航星座选取算法49-51
• 5.4 GBAS解算原理51-53
• 5.5 GBAS仿真实验53-56
• 5.6 本章小结56-57
• 第6章 SINS/GBAS组合导航系统建模57-68
• 6.1 引言57
• 6.2 扩展卡尔曼滤波算法57-59
• 6.2.1 非线性系统模型57-58
• 6.2.2 扩展卡尔曼滤波基本方程58-59
• 6.3 SINS/GBAS组合导航扩展卡尔曼滤波器设计59-61
• 6.3.1 SINS/GBAS组合导航状态模型60-61
• 6.3.2 SINS/GBAS组合导航观测模型61
• 6.4 GBAS辅助惯性导航修正策略61-63
• 6.4.1 SINS/GBAS组合导航输出校正结构62
• 6.4.2 SINS/GBAS组合导航反馈校正结构62-63
• 6.4.3 SINS/GBAS组合导航复合校正结构63
• 6.5 SINS/GBAS组合导航系统仿真分析63-67
• 6.5.1 进近着陆段SINS/GPS组合导航仿真结果64-65
• 6.5.2 进近着陆段SINS/GBAS组合导航仿真结果65-67
• 6.6 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈明强;张光明;;GBAS在终端区的应用[J];中国民航飞行学院学报;2011年06期

2 魏光兴;;GLS进近的实施方法与优越性比较[J];中国民航飞行学院学报;2006年06期

3 崔尔杰;;重大研究计划“空天飞行器的若干重大基础问题”研究进展[J];中国科学基金;2006年05期

4 相飞;廖桂生;曾操;;GPS信号空时处理后码跟踪误差的补偿方法[J];系统工程与电子技术;2013年01期

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本文编号：1080843