无人机高精度目标定位中的组合导航系统在线标定技术

发布时间：2017-08-05 09:30

  本文关键词：无人机高精度目标定位中的组合导航系统在线标定技术

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【摘要】：在现代战争中,无人机对时敏目标的精确定位是把握战场态势、指挥决策和精确打击的重要前提,无人机高精度目标定位对机载惯性组合导航系统的自主性、可靠性和精度提出了较高的要求,如何利用已有的外测信息保证无人机机载导航系统实现高精度目标定位的需求这一问题亟待解决。为此,本文针对无人机机载光电平台高精度目标定位中的惯性组合导航系统在线标定技术展开了研究,以期实现无人机机载导航系统的长航时、高精度、自主导航,为无人机高精度目标定位提供理论基础和方法参考。本文研究了无人机机载光电平台目标定位中的关键技术,设计了无人机高精度目标定位总体方案,该方案涵盖了高精度机载惯性组合导航系统技术和基于不同目标测量信息的目标定位技术,对比分析了单站测角测距、空间两点交会定位以及三点测距目标定位原理及主要误差源,重点分析了无人机单站测角测距目标定位中各个误差源对定位精度的影响,为研究提高无人机目标定位精度的方法提供了理论依据。为了减少无人机机载导航系统误差对目标定位精度的影响,本文研究了一种高精度捷联惯性组合导航系统在线标定方法,建立了包含安装误差、刻度因子误差和随机常值误差的惯性传感器误差测量模型;设计了包含惯性传感器误差作为状态量的在线标定卡尔曼滤波模型,并且分析了不同机动方式下的惯性传感器误差在线标定效果,所建立的误差在线标定模型能够有效地标定出惯性传感器误差,提高了载机自身导航定位精度,为高精度目标定位的实现奠定了模型基础。为结合无人机运动特性实现高精度的机载惯性组合导航系统在线标定,进而有效提高目标定位精度,本文针对高精度捷联惯性组合导航系统在线标定方法所需的外部激励输入,研究了一种机载惯性组合导航系统误差动态激励方法。推导了惯性传感器测量输出与无人机基本飞行参数的关系,建立了无人机基本机动方式与惯性传感器误差的激励关系,分析了不同机动方式下惯性组合导航系统误差的可观测性,仿真结果验证了误差动态激励方法的正确性,为无人机高精度目标定位时的航迹机动提供了相应的设计参考。在无人机高精度目标定位中的惯性组合导航系统在线标定技术理论研究的基础上,构建了基于惯性传感器误差在线标定的无人机高精度目标定位仿真平台,为高精度惯性组合导航系统在线标定技术以及无人机高精度目标定位技术提供了良好的验证手段。
【关键词】：无人机 目标定位 组合导航 在线标定 误差激励
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 论文研究背景14-15
• 1.2 无人机目标定位关键技术发展现状15-18
• 1.2.1 无人机及其机载侦察设备国内外发展现状15-17
• 1.2.2 惯性组合导航系统误差在线标定技术国内外研究现状17-18
• 1.3 课题研究的目的与意义18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第二章 无人机机载光电平台高精度目标定位技术研究21-39
• 2.1 引言21
• 2.2 无人机高精度目标定位总体方案21-22
• 2.3 无人机目标定位方式研究22-30
• 2.3.1 无人机单站测角测距目标定位方式分析22-25
• 2.3.2 无人机空间两点交会目标定位方式分析25-27
• 2.3.3 无人机三点测距目标定位方式分析27-29
• 2.3.4 三种无人机目标定位方式误差分析29-30
• 2.4 无人机单站测角测距目标定位误差仿真分析30-38
• 2.4.1 仿真参数设置30-32
• 2.4.2 仿真结果与分析32-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 高精度机载惯性组合导航系统误差在线标定方法研究39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 捷联惯性组合导航系统误差在线标定方案39-40
• 3.3 捷联惯性导航系统误差模型40-43
• 3.3.1 惯性传感器测量误差模型40-41
• 3.3.2 捷联惯性导航系统误差方程41-43
• 3.4 捷联惯性组合导航系统误差在线标定模型43-46
• 3.4.1 在线标定状态方程43-44
• 3.4.2 在线标定量测方程44-45
• 3.4.3 卡尔曼滤波及系统模型离散化45-46
• 3.5 捷联惯性组合导航系统误差在线标定模型仿真分析46-56
• 3.5.1 捷联惯性导航系统误差模型验证46-48
• 3.5.2 捷联惯性组合导航系统误差在线标定仿真分析48-56
• 3.6 本章小结56-57
• 第四章 基于可观测性分析的机载组合导航系统误差动态激励方法研究57-75
• 4.1 引言57
• 4.2 组合导航系统误差动态激励研究方案57-58
• 4.3 惯性组合导航系统误差被激励参数定义58-59
• 4.3.1 误差被激励参数的定义58
• 4.3.2 惯性组合导航系统误差的被激励参数58-59
• 4.4 惯性传感器测量输出和无人机机动方式的关系59-62
• 4.4.1 姿态转换矩阵和无人机机动方式的关系59-60
• 4.4.2 陀螺输出和无人机机动方式的关系60-61
• 4.4.3 加速度计输出和无人机机动方式的关系61-62
• 4.5 无人机机动方式对惯性组合导航系统误差的激励研究62-71
• 4.5.1 惯性组合导航系统误差与无人机机动方式的关系62-64
• 4.5.2 不同机动方式下惯性组合导航系统误差的被激励参数64-71
• 4.5.3 惯性组合导航系统误差激励方式71
• 4.6 基于可观测性分析的组合导航系统误差动态激励方法仿真验证71-74
• 4.6.1 基于奇异值分解的系统可观测性分析方法71-72
• 4.6.2 可观测性分析仿真条件设置72
• 4.6.3 仿真结果与分析72-74
• 4.7 本章小结74-75
• 第五章 无人机机载光电平台高精度目标定位仿真平台研究75-89
• 5.1 引言75
• 5.2 无人机高精度目标定位仿真系统总体结构75-77
• 5.3 无人机高精度目标定位仿真平台核心模块设计77-83
• 5.3.1 机载惯性组合导航系统在线标定模块设计及验证77-80
• 5.3.2 无人机高精度目标定位航迹仿真模块设计80-82
• 5.3.3 无人机高精度目标定位算法仿真模块设计82-83
• 5.4 无人机高精度目标定位仿真平台综合性能验证83-88
• 5.4.1 动态目标相对无人机的位置信息83-84
• 5.4.2 目标定位前机载导航系统误差在线标定结果84-86
• 5.4.3 载机导航精度对比分析86-87
• 5.4.4 动态目标定位精度对比分析87-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 全文总结与展望89-91
• 6.1 本文工作总结89
• 6.2 后续工作展望89-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文96-97

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本文编号：624210