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地地导弹GPS/SAR/INS组合导航方法研究

作　者: 曹林
导　师: 崔祜涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 地地导弹 组合导航 惯性导航系统 合成孔径雷达 联邦卡尔曼滤波
分类号: TJ765
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,随着航天科技的不断进步,新型的导航技术使得地地导弹的导航精度得到了显著提高。本文对地地导弹末段弹道的GPS/SAR/INS组合导航方法进行研究,主要内容包括如下:1.结合以往各种常用导航系统的优缺点,提出适用于地地导弹末制导的组合制导方案,即以惯性导航系统为主,分别以卫星导航和合成孔径雷达为辅的组合方式。具体研究工作是设计多传感器信息融合方式,包括INS/GPS子滤波器设计、INS/SAR子滤波器设计和INS/GPS/SAR主滤波器设计,其中两个子滤波器为Kalman滤波器,主滤波器为联邦滤波器。2.根据美国“潘兴Ⅱ”类型导弹机动弹头末制导段的典型弹道设计了一条合适的地地导弹末段弹道。并且分别介绍了惯导系统的工作原理,捷联式惯导系统导航方程的解算方法;全球卫星导航系统的定位原理和测速方法;以及合成孔径雷达的定位模型和原理。3.介绍了Kalman滤波与信息融合的基本理论,重点讨论了离散Kalman滤波器的基本方程和必要的技术处理;最后对多传感器信息融合理论进行简单的论述,针对本文所要研究的内容,对联邦卡尔曼滤波器的结构和算法思想进行了分析和研究。4.对地地导弹末制导的不同组合模式的性能进行仿真计算与结果分析。对纯惯导系统,INS/GPS组合系统,INS/SAR组合系统以及INS/GPS/SAR组合系统的仿真结果表明:纯惯导系统误差随时间增长较快,最终导致发散,不能满足长时间定位精度的要求;INS/GPS和INS/SAR组合系统对位置、速度和姿态分别有较好的校正作用;INS/GPS/SAR组合导航系统对位置、速度和姿态具有良好的校正效果。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章 绪 论  7-12
  1.1 课题背景及研究的目的与意义  7-8
  1.2 国内外发展现状与分析  8-10
    1.2.1 惯性导航系统(INS)  8
    1.2.2 全球定位系统(GPS)  8-9
    1.2.3 合成孔径雷达(SAR)  9-10
    1.2.4 组合导航系统的发展  10
  1.3 本论文主要研究内容  10-12
第2章 地地导弹的末段弹道设计  12-17
  2.1 常用坐标系及其相互间转换关系  12-15
    2.1.1 常用坐标系的定义  12-13
    2.1.2 常用坐标系之间的转换关系  13-15
  2.2 飞行航迹的设计  15
  2.3 飞行航迹的数学建模  15-16
  2.4 本章小结  16-17
第3章 INS、GPS、SAR 的基本原理  17-32
  3.1 惯性导航系统(INS)  17-25
    3.1.1 惯性导航系统基本原理  17
    3.1.2 惯性导航系统导航方程  17-19
    3.1.3 地固坐标系中导航方程的解算  19-23
    3.1.4 惯性导航系统误差模型  23-25
  3.2 全球定位系统(GPS)  25-28
    3.2.1 GPS 基本组成  25-26
    3.2.2 GPS 定位原理  26-27
    3.2.3 GPS 导航方程及其解算  27-28
  3.3 合成孔径雷达(SAR)  28-31
    3.3.1 合成孔径雷达原理  28-29
    3.3.2 合成孔径雷达定位原理  29-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章 多传感器信息融合技术  32-39
  4.1 最优滤波理论  32
  4.2 Kalman 滤波理论  32-36
    4.2.1 Kalman 滤波基本方程  33-34
    4.2.2 Kalman 滤波中的技术处理  34-36
  4.3 多传感器信息融合理论  36-38
  4.4 本章小结  38-39
第5章 组合导航系统建模与仿真  39-68
  5.1 INS/GPS 组合系统的数学模型  39-43
  5.2 INS/SAR 组合系统的数学模型  43
  5.3 组合导航系统性能仿真与分析  43-67
    5.3.1 各传感器参数设置  44
    5.3.2 弹道仿真结果  44-48
    5.3.3 INS 仿真结果  48-52
    5.3.4 GPS 仿真结果  52-61
    5.3.5 组合系统仿真结果分析  61-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 火箭、导弹 > 导弹 > 制导与控制
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