基于地磁/天文的飞行器自主导航方法研究
发布时间：2021-03-11 07:58
导航系统是航天飞行器上的重要组成部分,精确的导航参数对飞行器执行飞行任务具有重要的意义。飞行器自主导航,不与外部系统进行信息交换,完全依赖自身所载的敏感元器件自主地完成导航任务。随着航天任务的不断发展,自主导航逐渐成为了航天技术发展的重点,也为飞行器控制技术提供了重要的研究方向。本文针对目前应用的基于星敏感器/红外地平仪的天文导航方法只适用于高轨道卫星的局限以及地磁匹配导航方法导航精度受到基准地磁模型精度的限制的问题,采用三轴磁强计与星敏感器,将地磁信息与星光信息相结合,提出了地磁/天文自主导航方法。该导航方法具有实现简单、自主性强、导航误差不随时间累积、导航精度高等特点,是一种切实可行的自主导航方法。基于本文提出的地磁/天文自主导航方法,建立了系统的状态空间模型。以纬度、经度、高度以及地理坐标系下三轴的速度作为状态量,根据一般的动力学方程,建立了系统状态方程,以三轴磁强计敏感的地磁场强度矢量与星敏感器敏感的星光矢量之间的夹角作为量测量,建立了量测方程。根据地磁/天文自主导航的非线性状态空间模型,设计了基于UKF的导航滤波算法,并针对UKF算法对滤波初始值敏感的缺点设计了改进UKF算法...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 常用自主导航方法
1.2.2 基于星敏感器的天文导航
1.2.3 地磁/天文自主导航
1.3 本文的主要研究内容
第2章 地磁/天文自主导航方法设计
2.1 引言
2.2 基于星敏感器/红外地平仪的天文导航
2.2.1 传感器及其工作原理
2.2.2 基于星敏感器/红外地平仪的天文导航的原理
2.2.3 基于星敏感器/红外地平仪的天文导航的缺点
2.3 地磁导航
2.3.1 地磁场及其主要参数
2.3.2 磁强计与地磁场强度的测量
2.3.3 地磁导航的原理
2.3.4 地磁导航的缺点
2.4 地磁/天文自主导航方法
2.4.1 地磁/天文自主导航方法的提出
2.4.2 地磁天文自主导航方法的原理
2.5 本章小结
第3章 地磁/天文自主导航系统模型的建立
3.1 引言
3.2 时间系统
3.2.1 时间计量标准
3.2.2 时间标示法
3.3 坐标系系统
3.3.1 参考坐标系
3.3.2 坐标系间相互转换关系
3.4 地磁场模型
3.4.1 IGRF国际参考地磁场
3.4.2 IGRF地磁场强度的推导
3.5 地磁/天文自主导航系统状态空间模型的建立
3.5.1 地磁/天文自主导航系统状态方程
3.5.2 地磁/天文自主导航系统量测方程
3.5.3 地磁/天文导航系统状态空间模型的离散化
3.6 本章小结
第4章 地磁/天文自主导航系统滤波算法
4.1 引言
4.2 贝叶斯滤波理论
4.2.1 递推贝叶斯估计原理
4.2.2 卡尔曼滤波（KF）
4.3 地磁/天文自主导航系统滤波算法的设计
4.3.1 扩展卡尔曼滤波（EKF）
4.3.2 无迹卡尔曼滤波（UKF）
4.3.3 自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）
4.4 本章小结
第5章 地磁/天文自主导航方法的仿真及性能分析
5.1 引言
5.2 仿真程序的设计
5.3 仿真条件的选择
5.4 UKF算法数值仿真及性能分析
5.4.1 UKF算法的实现过程
5.4.2 基于UKF的地磁/天文自主导航方法仿真结果及分析
5.4.3 UKF算法总结
5.5 AUKF算法数值仿真及性能分析
5.5.1 AUKF算法的实现过程
5.5.2 基于AUKF的地磁/天文自主导航方法仿真结果及分析
5.5.3 AUKF算法总结
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]机载惯性导航技术综述[J]. 雷宏杰,张亚崇. 航空精密制造技术. 2016(01)
[2]基于Monte Carlo采样策略的UKF算法应用[J]. 万某峰,赵长胜,王飞,陈士城. 测绘工程. 2013(01)
[3]抑制UKF发散的改进算法在卫星轨道确定中的应用[J]. 郭雪姣,周海银,潘晓刚. 上海航天. 2012(06)
[4]基于UKF滤波的近地卫星自主组合导航方法研究[J]. 马旭辉,郭强,赵灵琳. 测绘与空间地理信息. 2011(05)
[5]基于强跟踪UKF的导航系统故障检测方法[J]. 崔乃刚,韩鹏鑫,穆荣军. 哈尔滨工程大学学报. 2011(10)
[6]地磁匹配导航应用于巡航导弹的关键技术分析[J]. 孙宁芹. 飞航导弹. 2011(10)
[7]天文导航标准体系建设现状与未来发展[J]. 朱筱虹,徐瑞,张俊艳. 地理空间信息. 2011(03)
[8]非线性预测滤波在星敏感器姿态确定中的应用[J]. 张惟,林宝军. 计算机仿真. 2011(05)
[9]基于卫星导航数据在线拟合星光折射模型方法[J]. 温永智,吴杰. 国防科技大学学报. 2011(01)
[10]利用地磁/星光观测角度的飞行器自主导航方法[J]. 刘睿,王常虹,李葆华. 红外与激光工程. 2011(02)
博士论文
[1]航天器相对导航中的非线性滤波问题研究[D]. 魏喜庆.哈尔滨工业大学 2013
[2]飞行器惯性/地磁/天文组合导航系统研究[D]. 刘睿.哈尔滨工业大学 2011
[3]近地卫星自主轨道确定和控制系统研究[D]. 赵黎平.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]星座自主导航方法及其精度分析[D]. 郁海.国防科学技术大学 2013
[2]UKF性能分析及其在组合导航中的应用[D]. 安笛.哈尔滨工程大学 2011
[3]惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 晏登洋.西北工业大学 2007
本文编号：3076142
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 常用自主导航方法
1.2.2 基于星敏感器的天文导航
1.2.3 地磁/天文自主导航
1.3 本文的主要研究内容
第2章 地磁/天文自主导航方法设计
2.1 引言
2.2 基于星敏感器/红外地平仪的天文导航
2.2.1 传感器及其工作原理
2.2.2 基于星敏感器/红外地平仪的天文导航的原理
2.2.3 基于星敏感器/红外地平仪的天文导航的缺点
2.3 地磁导航
2.3.1 地磁场及其主要参数
2.3.2 磁强计与地磁场强度的测量
2.3.3 地磁导航的原理
2.3.4 地磁导航的缺点
2.4 地磁/天文自主导航方法
2.4.1 地磁/天文自主导航方法的提出
2.4.2 地磁天文自主导航方法的原理
2.5 本章小结
第3章 地磁/天文自主导航系统模型的建立
3.1 引言
3.2 时间系统
3.2.1 时间计量标准
3.2.2 时间标示法
3.3 坐标系系统
3.3.1 参考坐标系
3.3.2 坐标系间相互转换关系
3.4 地磁场模型
3.4.1 IGRF国际参考地磁场
3.4.2 IGRF地磁场强度的推导
3.5 地磁/天文自主导航系统状态空间模型的建立
3.5.1 地磁/天文自主导航系统状态方程
3.5.2 地磁/天文自主导航系统量测方程
3.5.3 地磁/天文导航系统状态空间模型的离散化
3.6 本章小结
第4章 地磁/天文自主导航系统滤波算法
4.1 引言
4.2 贝叶斯滤波理论
4.2.1 递推贝叶斯估计原理
4.2.2 卡尔曼滤波（KF）
4.3 地磁/天文自主导航系统滤波算法的设计
4.3.1 扩展卡尔曼滤波（EKF）
4.3.2 无迹卡尔曼滤波（UKF）
4.3.3 自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）
4.4 本章小结
第5章 地磁/天文自主导航方法的仿真及性能分析
5.1 引言
5.2 仿真程序的设计
5.3 仿真条件的选择
5.4 UKF算法数值仿真及性能分析
5.4.1 UKF算法的实现过程
5.4.2 基于UKF的地磁/天文自主导航方法仿真结果及分析
5.4.3 UKF算法总结
5.5 AUKF算法数值仿真及性能分析
5.5.1 AUKF算法的实现过程
5.5.2 基于AUKF的地磁/天文自主导航方法仿真结果及分析
5.5.3 AUKF算法总结
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]机载惯性导航技术综述[J]. 雷宏杰,张亚崇. 航空精密制造技术. 2016(01)
[2]基于Monte Carlo采样策略的UKF算法应用[J]. 万某峰,赵长胜,王飞,陈士城. 测绘工程. 2013(01)
[3]抑制UKF发散的改进算法在卫星轨道确定中的应用[J]. 郭雪姣,周海银,潘晓刚. 上海航天. 2012(06)
[4]基于UKF滤波的近地卫星自主组合导航方法研究[J]. 马旭辉,郭强,赵灵琳. 测绘与空间地理信息. 2011(05)
[5]基于强跟踪UKF的导航系统故障检测方法[J]. 崔乃刚,韩鹏鑫,穆荣军. 哈尔滨工程大学学报. 2011(10)
[6]地磁匹配导航应用于巡航导弹的关键技术分析[J]. 孙宁芹. 飞航导弹. 2011(10)
[7]天文导航标准体系建设现状与未来发展[J]. 朱筱虹,徐瑞,张俊艳. 地理空间信息. 2011(03)
[8]非线性预测滤波在星敏感器姿态确定中的应用[J]. 张惟,林宝军. 计算机仿真. 2011(05)
[9]基于卫星导航数据在线拟合星光折射模型方法[J]. 温永智,吴杰. 国防科技大学学报. 2011(01)
[10]利用地磁/星光观测角度的飞行器自主导航方法[J]. 刘睿,王常虹,李葆华. 红外与激光工程. 2011(02)
博士论文
[1]航天器相对导航中的非线性滤波问题研究[D]. 魏喜庆.哈尔滨工业大学 2013
[2]飞行器惯性/地磁/天文组合导航系统研究[D]. 刘睿.哈尔滨工业大学 2011
[3]近地卫星自主轨道确定和控制系统研究[D]. 赵黎平.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]星座自主导航方法及其精度分析[D]. 郁海.国防科学技术大学 2013
[2]UKF性能分析及其在组合导航中的应用[D]. 安笛.哈尔滨工程大学 2011
[3]惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 晏登洋.西北工业大学 2007
本文编号：3076142
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