轨道机动航天器的SINS/GPS组合导航系统算法研究

作     者：廖鹤 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林晓辉

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：轨道机动 地心惯性坐标系 SINS/GPS 卡尔曼滤波 可观测性/可观测度 

摘      要：近年来,交会对接、空间攻防、星际探测成为航天研究的热点,长时间、大范围的轨道机动成为必然。因此,实现空间机动目标的自主导航,并要求其自主性强、抗干扰、可靠性高,成本低是面向我国航天控制发展的实际提出的挑战性新课题。 SINS导航系统和GPS导航系统各有优缺点,但在误差传播特性上正好是互补的,前者长期稳定性差,但短期稳定性好。所以采用组合导航技术将这两个子导航系统有机地组合起来,克服各自的缺点,互相取长补短,能够实现轨道机动航天器的实时、高精度的导航定位。 对于轨道机动航天器而言,以地理坐标系或地固坐标系为导航坐标系的SINS系统模型并不适用,其导航参数应该是在地心惯性坐标系下的。针对这种情况,本文采用基于地心惯性坐标系的SINS系统,并建立了系统在地心惯性坐标系下的位置、速度、姿态误差传播方程。 将误差传播方程与C/A码GPS接收机的误差方程组合,建立起轨道机动航天器的SINS/GPS组合导航系统模型,利用集中式卡尔曼滤波进行优化处理,并通过数学仿真验证该组合导航算法的可行性。 建立的组合导航模型的状态变量为48维,计算速度慢。利用奇异值分解法进行可观测性/可观测度分析,降维,并对降维后的组合导航系统进行数学仿真,与降维前的仿真结果相比较来验证可观测性/可观测度结果的正确性以及降维后的组合导航系统方案的可行性。