多星座航空组合导航关键技术研究

【类型】学位论文

【作者】金玲 

【关键词】 多星座 组合导航 自适应滤波 快速选星

【摘要】欧洲Galileo计划的实施、我国新一代COMPASS导航系统的出现以及GLONASS的修复，标志着卫星导航从GPS时代向GNSS（全球卫星导航系统）时代的转变。多星座组合导航的精度、可靠性等性能明显优于单系统，但也面临新的挑战，可见星数目大幅度增加导致导航运算量成几十倍增长，如何选择空间位置合适的卫星至关重要；另外，多星座的动态定位方法也是决定其性能的关键因素。因此本文着重研究了多星座快速选星、自适应卡尔曼滤波等关键技术及其在民航中的应用，对提高民航的导航性能、保证飞行安全有着重要意义。本文的主要工作有：首先，基于对多星座组合系统定位原理的研究，在分析伪距测量、星座仿真、伪距等效误差校正及各系统时空统一方法的基础上，建立了组合定位的观测模型。其次，针对GPS/Galileo/GLONASS/COMPASS多星座组合系统可见星数量大幅度增多，传统选星算法计算量太大而难以实现选星的问题，提出了一种新的适用于多星座组合系统的快速选星算法。该算法基于用户对定位精度的需求实时确定所需选取的最优星数目，并仅通过对可见星仰角和方位角的分区、筛选，给出被排除卫星的分布规律，实现间接选星。仿真实验表明，并在损失约12%的定位精度的情况下，可有效减少50%左右的导航运算量。然后，研究了组合导航扩展Kalman滤波器的设计，并分析比较了几类典型的用户动态模型的性能及应用场景。在此基础上，针对民航飞机的运动特性，提出了交互式多模型自适应扩展卡尔曼滤波算法（IMM EKF），设计了匹配于飞机多种运动模式的模型集及模型转移参数，实现动态模型的自适应调整与切换。论文采用民航公司实际飞行轨迹进行性能评估，结果表明相对于常规Kalman滤波，该自适应Kalman滤波使定位精度有了显著改善。最后，基于ARM-WinCE设计开发了嵌入式“多卫导组合导航技术验证软件”，通过接收GNSS信号模拟器产生的基带信号，实现组合导航算法，并进行客观的验证和评估，也为后续的组合导航研究提供了技术平台。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄智刚

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