极区飞行间接格网惯性导航算法

为克服极区经线收敛引起的惯导系统定位定向难题,同时为实现中低纬度地区和高纬度地区导航算法形式的统一,提出了以游移方位惯导编排为内核的极区间接格网导航算法。推导了游移坐标系和格网坐标系间的方向余弦矩阵,以此可间接获取格网航向和格网速度,同时用地心地固坐标替换经纬高定位参数,解决了极区的导航定位问题。仿真分析了两组特定飞行轨迹下的算法性能,并与直接格网惯导力学编排算法进行了比较,结果表明二者导航精度相当,可满足极区导航的需要。

基于多解分离的GNSS/Inertial组合系统完好性监测

在卫星导航系统的完好性监测中,通常的接收机自主完好性监测过分依赖于可见星的几何分布,并且不能提供足够的可用性。针对该问题,给出了一种基于多解分离的惯性辅助卫星导航完好性监测方法。在对基于奇偶矢量的接收机自主完好性监测法及其可用性分析基础上,设计了基于多解分离的卫星导航/惯性组合导航紧耦合滤波器,推导了其完好性监测以及可用性计算方法。通过仿真实验,从可用性、阶跃故障和斜坡故障的完好性监测效果等方面,对两种方法进行了对比分析。结果表明,多解分离法在5颗星时仍能定位故障,水平保护限值可以降低50 m,对于1 m/s的斜坡故障检测时间可以缩短71 s,显著提高了完好性监测性能。

伪卫星定位的精度分析

通过GDOP(几何精度因子)来研究伪卫星定位的精度分布情况。首先提出一种GDOP的工程实用算法,然后研究伪卫星的可能布局方案以及伪卫星布局地区以外的延伸地区GDOP的情况,结合工程实际,进行大量的仿真试验,给出合理的伪卫星布局方案。仿真验证表明,GDOP算法及伪卫星布局方案的选择可以为工程应用提供良好的理论指导作用。

一种基于路径筛选的地形匹配算法

为了减少传统的匹配算法过大的计算量,提高地形匹配算法的实时性和工程实用性,通过对地形辅助导航系统的总体技术研究,提出了一种基于路径筛选的新型地形匹配算法,利用地形斜率,在飞机飞行过程中不断筛选可能路径,直到找到唯一的正确路径,从而实现精确定位。此算法的优点在于:充分考虑了无线电高度表、大气高度表、数字地图的误差,因此在存在较大误差的工程实际中仍能精确定位;由于在飞行过程中不断排除不可能路径,因此计算量大大减少。通过实验室仿真证明,此算法精确可靠,可以对惯导系统的定位误差做出有效校正。

终端区四维轨迹预测

终端区四维轨迹预测技术是实现飞机四维制导的基础。结合当前空中交通管理体系和飞机的实际操作特性,采用过程综合法实现四维轨迹预测,具有较强的工程应用价值。建立了终端区风模型,研究了四维轨迹的解算,提出了实现四维轨迹预测的计算流程,理论上飞机到达机场的时间误差为0。

改进的残差检验法在组合导航系统故障检测中的应用

针对大飞机这种对安全性要求极高的运载器来说组合导航技术能够极大提高导航精度。对组合导航系统进行实时的故障检测可提高导航系统的可靠性。因此在故障检测时提出采用状态递推值代替卡尔曼滤波的一步预测值,构造组合导航系统的伪残差。并利用卡尔曼滤波输出值周期性重置状态递推值以及分量检测的方法,提高故障检测灵敏度。该方法不仅能够检测突变故障,对变化缓慢的软故障,只要故障积累到一定值就能正确检测,同时能够定位故障位置。通过对INS/GPS组合导航系统的故障检测和隔离的仿真验证算法的有效性。

降阶奇偶向量在冗余传感器故障检测中的应用

针对目前大型飞机采用的多套惯性导航系统,提出采用降阶奇偶向量对冗余惯性器件进行元件级故障检测的新方法,该方法不仅可以对单个传感器进行故障的定位与估计,而且可以定位同时出故障的两个传感器,并准确估计故障大小。采用平均奇偶向量降低噪声对检测效果的影响,可有效检测软故障,降低虚警率。以三套平行放置的惯导系统的陀螺传感器为例,仿真验证该算法的有效性。

基于速率检测的GNSS/INS快速完好性监测方法

卫星导航系统存在许多类型的故障模型,其中最难检测的是慢变斜坡故障(SGE)。针对卫星导航/捷联惯导(GNSS/SINS)组合导航系统中存在的慢变斜坡故障,本文给出了一种新的算法——速率检测算法。该算法是基于对传统检测量增长速率的检测,通过在自主完好性外推法(AIME)的基础上增加一个卡尔曼滤波器,检测滤波器观测量速率变化来实现故障检测。仿真实验表明,本文的速率检测算法比AIME算法具有更好的检测效果,幅值越小的斜坡故障节省的时间越多。

惯性辅助的单频GPS整周模糊度快速求解

为改善法矩阵病态性,实现整周模糊度快速求解,提出惯性导航系统(inertial navigation system,INS)辅助单频GPS整周模糊度求解算法。将惯性伪距单差、GPS伪距双差、载波相位双差联立得到模糊度浮点解及其协方差阵,利用LAMBDA算法求解出整周模糊度固定解。分析引入惯性信息改善复共线性和病态性的原因,并利用GPS实测数据与仿真INS数据进行实验验证。实验结果表明:INS辅助信息使得法矩阵条件数减小2个数量级,模糊度衰减因子下降55.81%,整周模糊度固定解求解的时间缩短75.44%,方法可行。

火星着陆器的大气进入段有限时间抗干扰制导律设计

考虑含有外部干扰影响下的火星着陆器的大气进入段制导律设计问题,提出一种基于阻力跟踪的复合制导策略。首先,根据火星着陆器的动力学模型,并结合阻力曲线定义,给出了含有外部干扰的阻力剖线动态方程;其次,为了保证系统有良好的抗干扰性能和较快的跟踪速度,基于阻力剖线动态方程,设计了有限时间反馈制导律;然后,为进一步提高系统的抗干扰能力,设计了干扰观测器,估计未知干扰,利用干扰估计值前馈补偿,最终形成复合制导律。最后,通过对比仿真验证了该方法的有效性和优越性。

基于柯西变异鸽群优化的大型民用飞机滚动时域控制

采用先进的控制方法对大型民用飞机的多操纵面进行控制,可以有效提高大型民用飞机飞行的安全性和可靠性.针对大型民用飞机的在线滚动时域控制(receding horizon control,RHC)问题,提出了柯西变异鸽群优化(Cauthy mutation pigeon inspired optimization,CMPIO).柯西变异鸽群优化不但保持了鸽群优化(pigeon inspired optimization,PIO)收敛速度快的优点,而且通过执行加入柯西变异的地图和指南针算子和地标算子,可以有效降低优化结果陷入局部最优的概率,改善滚动时域控制的快速性和稳定性.在协调转弯过程和协调转弯的故障重构两个算例的仿真中,基于柯西变异鸽群优化的滚动时域控制使大型飞机稳定地达到参考状态,控制器同时合理地完成了多操纵面的控制分配和故障重构.

基于惯性辅助的GPS相对定位算法

针对GPS信号易受干扰遮挡以及利用载波相位差分进行相对定位时整周模糊度浮点解精度差、搜索空间大的不足,提出INS辅助的GPS相对定位算法。首先采用:INS/GPS深组合方式,实现伪距、伪距率的滤波平滑:然后利用校正后的惯性信息、伪距、载波相位集中滤波得到高精度的浮点解和协方差阵;最后利用LAMBDA算法得到模糊度固定解和相对位置信息。文中使用GPS实测数据和仿真惯导数据进行相对定位试验,结果表明在GPS信号受到短时遮挡时,有惯性辅助和没有惯性辅助相比,东北天3个方向的平均误差分别下降66.45%、82.32%、85.66%;且该算法可改善模糊度指标,压缩整周模糊度搜索空间,提升整周模糊度求解效率。