制导子弹药SINS_GPS紧组合算法研究

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1、硕士学位论文制导子弹药SINS/GPS紧组合算法研究RESEARCHONTIGHTLYCOUPLEDSINS/GPSNAVIGATIONARITHMETICOFGUIDEDBULLET张莫南哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V249.32+8学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工学硕士学位论文制导子弹药SINS/GPS紧组合算法研究硕士研究生：张莫南导师：李顺利教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V

2、249.32+8U.D.C:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTIGHTLYCOUPLEDSINS/GPSNAVIGATIONARITHMETICOFGUIDEDBULLETCandidate：ZhangMonanSupervisor：Prof.LiShunliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandTechnol

3、ogyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要精确制导武器的普及催生了制导子弹药的诞生和发展，也对其自身携带导航设备的精度、快速性、可靠性等指标提出了更高的要求。组合导航能够有效地实现不同导航设备间的优势互补，提高定位性能。其中，SINS/GPS是最经典、应用最广泛的实现形式。本文以制导子弹药为研究对象，对其SINS/GPS

4、紧组合算法开展研究，进而通过仿真进行验证和分析。本文首先介绍了SINS的组成及原理，详细推导了其姿态、速度和位置解算方程和误差方程；而后介绍了GPS定位及测速原理，详细推导了其定位和测速方程，分析了其误差特性。以此为依据，对制导子弹药紧组合模式建立了状态方程和量测方程，并给出了基于线性KF算法的滤波器模型。在完成以上工作的基础上，本文对基于线性KF算法的紧组合系统进行仿真。首先根据制导子弹药的典型飞行环节模拟轨迹发生器，利用该轨迹对单独工作的SINS和GPS分别进行仿真分析，之后对SINS/GPS紧组合模式进行仿真分析。结果表明，该方法能

5、够有效改善SINS输出误差发散的情况，但仍然存在收敛速度较慢、收敛性能不佳等缺陷。针对上述问题，同时考虑在实际情形下紧组合模式的量测方程往往具有非线性特征，本文采用一种DUKF算法对滤波器进行改进，对比了其与标准UKF的计算复杂度，证明了该算法能够有效地避免传统非线性滤波计算过程产生的非线性误差或冗余计算。对基于DUKF算法的紧组合系统进行仿真，并将DUKF与线性KF的输出性能作对比分析，得到了更优良的滤波性能。除此之外，考虑到制导子弹药飞行过程会发生横滚运动而影响GPS接收机工作，本文对干扰情形下的紧组合性能也进行了仿真分析，结果表明该

6、滤波器能够使误差始终稳定在较小范围内，从而保证了组合导航设备在制导子弹药复杂飞行状态下的快速性和准确性。关键词：制导子弹药；SINS/GPS；紧组合；线性KF；DUKF-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThepopularizationofprecisionguidedweaponhasledtothebirthanddevelopmentofguidedbullet,andalsoputforwardhigherrequirementsontheprecision,rapidityandreliabilityofits

7、ownnavigationequipment.Integratednavigationsystemcaneffectivelyrealizethecomplementaryadvantagesbetweendifferentnavigationsystemsandimprovethepositioningperformance.SINS/GPSisthemostclassicandwidelyusedimplementationformamongthem.Thispaperusesguidedbulletsastheresearchtar

8、gettoconductstudyonSINS/GPStightlycoupledalgorithm,anditsthenverifiedandanalyzedbysimulation.Thi