基于陆标—惯性系统的弹载平台自主导航方法研究

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导弹作为一种重要的作战武器,弹载平台导航系统是其核心部件之一。随着现代化战争的不断发展,导弹对高精度、高可靠、全自主导航系统的需求越来越迫切.然而,当前常用的全球卫星导航系统、惯性导航系统、天文导航系统、重力匹配导航方法以及以天文-惯性组合导航为代表的组合导航方法在长期导航、信号遮挡和高精度要求等方面存在较大不足。为此,本文利用惯性器件和弹载相机构建了一种新的自主导航方案,命名为基于陆标-惯性系统的弹载平台自主导航方法,并从数据层、模型层、算法层和应用层四方面系统性地研究了提升导航精度以及可靠性的方法,具体工作如下。在数据层上,针对地图陆标可观测性较差的问题,将机会陆标应用到惯性系统的辅助导航中,丰富了可用导航信息、增强了陆标的可观测性。在模型层上,通过惯性设备得到弹载平台状态的基准测量,利用从实时图像中提取到的地图陆标和机会陆标成像坐标信息对惯性导航设备输出偏差进行矫正。构建了误差矫正模型,实现了不增加敏感器的条件下,提高弹载平台状态估计精度。在算法层上,利用卡尔曼滤波算法得到基于地图陆标的惯导系统输出偏差估计;通过随机克隆理论和卡尔曼滤波方法得到了基于机会陆标的惯导系统输出偏差估计;通过协方差交集更新理论融合两种惯导系统输出偏差估计,得到了基于两种陆标的弹载平台融合状态估计。在应用层上,为提高所提出弹载平台自主导航方法的实际应用可靠性,两种高性能的自适应滤波器被设计和构建。首先,针对传统极大相关熵滤波器对多维非高斯噪声的不适用性,构建了基于柯西核的极大相关熵滤波器,证明了其中不动点迭代算法的收敛性,从理论上和仿真两方面证明了所提出的滤波器相较于传统极大相关熵滤波器在滤波性能及稳定性方面的优越性,避免了滤波故障的发生;针对基于相关熵滤理论滤波器需要额外参数设定、计算复杂度较高的缺陷,在传统强跟踪滤波器新息正交原则的基础上,构建了适用处理非高斯观测噪声的新型强跟踪滤波器,在保持弹载平台状态估计精度的条件下降低了计算复杂度。
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