基于时空异构导航信息的空天飞行器智能互耦合自主导航技术

The aerospace vehicles have wide flight enveloping, with the function of both the aviation and aerospace, flight environment they suffered is extremely complex and adverse, so the navigation system for aerospace vehicles must achieve higher autonomy, accuracy and reliability. The navigation system of aerospace vehicles should have the adaptive ability to aerospace-wide flight enveloping. Existing autonomous navigation theory and method cannot work reliably under the condition of large scale, space-time difference， complex interference and fault. The autonomous navigation technology adapted to the aerospace with high accuracy and high reliability has been a key technology which must be over-fulfilled in the field of navigation for aerospace vehicles. Considering the aerospace flight environment and the characteristics of heterogeneous Space-time navigation information, the project will explore the error formation theory and propagation characteristics of the navigation system in the aerospace flight; research the multi-source coupled autonomous navigation method to improve the reliability, accuracy and adaptability, which adapted to several flight modes and complex measurement environment. The project aims to solve the problem that the existing autonomous navigation technology can't meet the high accuracy, stabilization and autonomy fault-tolerant performance requirements for aerospace vehicles under the complex flight environment, and realize optimization and synthesis of heterogeneous space-time navigation information.

空天飞行器飞行包络宽广，兼具航空航天两个层次空间飞行的能力，所面临的环境异常复杂和恶劣，对导航系统的自主性、精确性和可靠性有更高的要求。空天飞行器导航系统需具有跨空天大范围飞行的适应能力，现有自主导航技术难以在大范围、不同时空、复杂干扰和故障情况下可靠稳定工作，适应空天飞行器的高可靠和高精度自主导航技术已成为空天飞行器导航领域亟待突破的关键技术。 本项目将结合空天飞行环境和导航信息时空异构特性，探索空天飞行对导航系统误差的影响机理，研究空天往返时适应多飞行模态和复杂量测环境的多源互耦合自主导航方法，提出多源时空异构导航信息的智能融合与容错方法，以提高导航系统的可靠性、精确性与适应性；解决现有自主导航方法不能满足空天飞行器在复杂多模态飞行环境下对导航高精度稳定、自主和容错性能需要的突出矛盾，实现时空异构导航信息的优化综合。

本项目针对空天飞行器对高性能导航的特殊要求，开展了基于时空异构导航信息的空天飞行器智能互耦合自主导航技术研究。根据空天飞行器的飞行特性和飞行环境约束，对空天飞行器多源互耦合导航方法、时空异构智能信息融合方法进行了深入研究，解决了现有导航技术应用于空天飞行器时在高精度、自主性和容错性等方面的突出问题，实现了多源异类导航系统信息的优化综合，提高了空天飞行器导航系统的精度和可靠性。.本项目完成了空天飞行环境和运动特性对天文导航系统误差特性影响机理研究，建立了天文定位定姿误差动态评价模型；提出了基于恒星几何构型分布的天文导航动态选星算法，提高了空天飞行器天文定位定姿导航性能；提出了直接敏感地平的惯性/轨道动力学/天文组合导航方法、高动态抗干扰惯性/卫星超紧组合方法、基于陀螺误差估计修正的空天飞行器惯性/天文位姿全组合导航方法，提高了空天高动态飞行环境下导航系统的精确性和适应性；提出了空天飞行器自主导航系统时空异构智能信息融合方法，设计了基于自适应调节粒子采样复杂度的高斯粒子滤波算法和基于粒子滤波的多源信息融合导航智能故障检测算法，增强了多源异类导航系统在空天复杂飞行环境下的故障容错性能；构建了基于时空异构导航信息的空天飞行器智能互耦合自主导航性能验证平台，为空天飞行器自主导航系统的实现提供了基础。本项目提出的基于时空异构导航信息的空天飞行器智能互耦合自主导航技术，解决了多源异类导航信息的高效融合和可靠利用的科学问题，提高了空天飞行器在空天复杂飞行环境下自主导航系统的性能。.项目在研究过程中，共发表国内外期刊论文32篇（其中SCI论文11篇，EI论文11篇），国内外会议论文11篇(其中ISTP论文8篇)，申请国家发明专利8项(其中已获授权5项)，获2014年度国防科学技术发明三等奖一项，2014年度中国航空学会科学技术奖三等奖一项，完成2017年度国防科技成果鉴定一项，圆满完成了项目的各项研究计划。