导航原理 组合导航.ppt

组合导航
概述
一般而言,较理想的导航系统应具有以下性能:
①自主性强:不依赖天气、气候及其它外部条件;
②功能完备:可实时输出载体的全部运动参数,包括位置、速度、姿态、角速度和加速度甚至角加速度。
③精度高:提供足够精确的导航与控制参数;
④环境适应性好:在大的温度范围、恶劣的冲击、振动及化学污染、烟尘等环境中能可靠工作;
此外,还要求体积小,重量轻,造价低廉,维护保养方便,使用寿命长等。
前述各种导航系统,各自都有其优点和特色,但也有固有的不足之处。惯性导航系统自主性强,功能完备,但误差随时间积累。GPS全球定位系统具有全天候、全球、实时高精度测速定位,但输出参数更新率低,天线被遮挡或空间卫星发生故障时会出现信号中断,单独用GPS导航的方案受到限制。天文导航,也有缺点。综上所述,单一的导航系统均存在不足,难以满足航天器对导航系统的性能要求。
将两种或两种以上的导航系统组合起来成为一个综合导航系统,其导航性能比单一的系统好,我们把这种系统称为组合导航系统。
根据使用对象,综合方案可以多种多样,共性在于:以惯性导航系统为主,以其它导航系统为辅,这是由惯导系统的全自主的特点和输出导航参数较多决定的。
综合导航系统的优点可归纳如下:
(1) 能有效地利用各子系统的导航信息,互相补充,使系统定位精度大大提高,并能抑制惯导系统的舒勒振荡。
(2) 进一步提高子系统的可靠性。利用故障检测及识别技术,在一个子系统失效时,余度导航信息容许系统的工作模式进行自动转换。
(3) 可实现对各子系统及其元件的校准,从而能放宽对子系统元件指标的要求,有利于低成本的子系统及元件构成高精度的综合导航系统。
(4) 允许惯导系统进行动态初始对准与调整,既能减小惯导系统的积累误差,又能缩短地面准备时间,提高快速反应能力。
60年代以前,综合导航一般都采用频率滤波的方法或古典控制中校正的方法,具体的形式是环节的校正。60年代以来,滤波技术更加成熟,尤其是计算机技术迅猛发展,使得综合方式转变为以Kalman (卡尔曼)滤波为主,即在两个(或两个以上)导航系统输出的基础上,利用卡尔曼滤波去估计系统的各种误差(称为误差状态),再用误差状态的估值去校正系统,达到综合的目的。
卡尔曼滤波的估计技术是一种最优估计,因此,利用卡尔曼滤波器实现综合的导航系统也叫做最优综合导航系统。
(经典组合原理)
阻尼式组合导航系统的设计思想
。惯导系统的误差随时间而积累、精度随时间而降低。因此要求与惯导系统组合的导航系统的误差和精度不随时间而变化。
。从惯导系统的误差分析中可知:惯导系统的振荡周期有休拉周期、地球自转周期和与纬度有关的傅科周期。
目标:实现较精确的导航与定位。
§ 系统组合原理
下面以外部位置信息阻尼方案为例予以说明。
:
为外部位置信息, 为惯导系统的位置信息。
图中, 为外部位置信息, 可由天文导航系统给出,其和惯导系统输出的纬度信息相比较,以其差值信号,通过k1,k2,k3环节反馈到系统中去。