【摘 要】
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飞行器集群技术是未来飞行器技术发展方向之一,具有可靠性高、任务完成率高、可执行更加复杂任务等特点。其中集群飞行器较高的任务完成率离不开高精度导航技术的支持,基于相对测量信息的协同导航技术能够弥补单一飞行器导航可靠性和精度的局限,是提高飞行器集群整体导航性能有效途径。本文围绕基于相对测量信息的集群飞行器协同导航技术,针对集群中飞行器导航传感器配置差异,分别从基于相对测距信息协同导航算法、相对角度信息
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飞行器集群技术是未来飞行器技术发展方向之一,具有可靠性高、任务完成率高、可执行更加复杂任务等特点。其中集群飞行器较高的任务完成率离不开高精度导航技术的支持,基于相对测量信息的协同导航技术能够弥补单一飞行器导航可靠性和精度的局限,是提高飞行器集群整体导航性能有效途径。本文围绕基于相对测量信息的集群飞行器协同导航技术,针对集群中飞行器导航传感器配置差异,分别从基于相对测距信息协同导航算法、相对角度信息协同导航算法以及多传感器信息融合协同导航算法等方面开展了研究工作。针对飞行器集群飞行时可获取相对距离测量信息的情况,在分析传统主从式和平行式协同导航结构优缺点的基础上,本文提出了分层式协同导航结构下的基于相对距离信息的集群飞行器协同导航算法。本文设计了分层式协同导航结构方案;基于分层式结构建立了基于相对测量信号到达时间差的集群飞行器协同导航模型;针对不同的测距误差环境,研究了联合迭代解和球面内插协同定位解算和误差修正算法;通过仿真对相对测距传感器误差、基准飞行器位置误差以及基准飞行器数量等影响进行分析。仿真结果表明,基于相对距离信息的协同导航算法可有效提高集群系统内机载导航精度较低飞行器的导航精度。针对飞行器集群飞行时可获取相对角度协同导航信息的情况,在分析测量视角重叠导致测角误差增大以及导航信息匹配错误等问题的基础上,本文提出了基于区域区间划分模式的相对角度信息的集群飞行器协同导航算法。本文设计了基于角度区域区间划分模式的协同飞行器筛选方案;建立了基于相对测角原理的协同导航模型,并结合模型特点设计了协同位置解算及对机载导航精度较低的飞行器机载导航误差进行修正的方法;通过仿真对相对测角传感器误差以及基准飞行器数量等影响算法解算精度因素进行了分析。仿真结果表明,基于区域区间划分模式的相对角度信息的协同导航算法可有效提高集群系统内机载导航精度较低飞行器导航精度,并降低测量视角重叠导致测角误差增大以及导航信息匹配错误等对协同导航性能的影响。针对飞行器集群飞行时可获取多种类型导航信息的情况,本文研究了基于多传感器融合的集群飞行器协同导航算法。本文首先设计了基于多信息融合的协同导航算法方案;建立了基于测距测角的协同导航模型以及基于相对距离角度观测信息的相对视线矢量分解和视线矢量计算模型;并结合视线矢量分解和计算模型特点,建立了基于相对距离角度观测信息视线矢量误差模型和基于多传感器融合的低精度飞行器协同导航滤波融合模型;在此基础上设计了多传感器信息融合的协同容错导航算法,并通过仿真对其进行了验证。仿真结果表明,基于多传感器信息融合的集群飞行器协同导航算法有效提高集群系统内机载导航精度较低飞行器导航精度以及基准飞行器故障情况下协同导航系统的可靠性。在协同导航算法研究基础上,本文建立了基于相对测量信息的集群飞行器协同导航仿真平台,该仿真平台包括基于相对测量信息协同导航算法软件系统以及硬件测试验证系统。结合基于相对测量信息的协同导航算法需求分析,设计并开发了传感器参数设置、集群飞行器综合显示、导航算法解算误差显示以及飞行器飞行状态显示等软件模块,通过对相对测量数据模拟有效支撑了对基于相对测量信息协同导航算法的验证。在此基础上,搭建了由相对测距模块、独立模块、数据传输模块以及数据处理模块组成的硬件测试验证系统,通过实测数据采集与处理对基于相对距离信息的协同导航算法的有效性和可靠性进行验证。
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