高动态惯性/卫星超紧组合导航技术研究

The SINS/GNSS ultra-tightly integrated navigation system can provide the.precision-guided weapons with stable,reliable and accurate navigation information.under the high-dynamic and complex electromagnetic conditions to achieve the.target precision strike by the precision-guided weapons under the complex theater.environment.Therefore,it has become a hot research point in navigation field in.recent years.However,currently both the ultra-tightly structures with centralized.I-branch,Q-branch signals fusion and distributed information aiding have some.disadvantages.Based on the digging and analysis of ultra-tightly structure and.filtering theory,an improved ultra-tightly structure based on distributed tracking.loops will be put forward so as to ensure reliability,real-time performance and.anti-jamming capability of the navigation system under high-dynamic conditions.etc.Through the combination of theory and experiment ,this subject will surmount.the key difficulties of the improved ultra-tightly structure,including SINS-aided.GNSS base band loop technology,high precision seamless integrated navigation.algorithm, high-performance filtering theory, time synchronization technology,.digital simulation and semi-physical simulation technology etc.These research will.provide technical reserves for the engineering realization of SINS/GNSS.ultra-tightly integrated navigation system,the development of our military.information-based weapons and the improvement of information transformation for.the active-duty weapons and equipments.

惯性/卫星超紧组合导航系统能在高动态和复杂电磁环境下为精确制导武器提供稳定、可靠、.精确的导航信息，实现武器系统在复杂战场环境下对目标的精确打击，因此成为近年来导航制.导领域的研究热点。但目前典型的基于I、Q信号层次数据融合的集中式超紧组合结构和基于惯.性信息辅助的分布式超紧组合结构在实际应用时均存在着某些不足。本课题试图通过深入剖析.和探究超紧组合系统架构以及滤波理论基础上，提出一种改进的基于分布式闭环跟踪滤波结构.的超紧耦合架构，以提高系统在高动态等复杂环境下的可靠性、实时性和抗干扰性。通过理.论与试验相结合的方法，对分布式闭环跟踪滤波架构下的关键技术难点进行攻关，包括惯性辅.助卫星接收机基带环路技术、高精度无缝组合导航算法、高性能滤波理论、时间同步技术、试.验仿真技术等。为国内超紧耦合系统的工程化研制、我军信息化武器的发展和现役武器装备的.信息化改造提供技术储备。

随着现代军事技术的发展，精确制导武器已经成为现代战争的主导，如何在高动态、弱信号和强干扰等恶劣条件下实现精确导航定位并精确打击成为各国科学家研究和关注的热点。传统的组合导航技术已无法满足现代战争复杂环境下高精度、高性能的制导要求，因此对超紧组合导航技术的研究迫在眉睫。为满足高动态、弱信号等恶劣环境下的稳定导航定位需求，本课题对高动态惯性卫星超紧组合导航系统进行了研究，主要完成工作和创新之处如下：（1）分析辅助捕获算法原理及辅助信息误差对多普勒频移估计的影响；设计实现PLL融合SINS频率辅助接收机跟踪环路结构；设计SINS辅助跟踪环路自适应带宽调整算法，通过试验验证其在高动态和弱信号等恶劣环境中可行性及优越性。（2）设计了全软化仿真系统，通过仿真实验分析SINS辅助GNSS超紧组合导航系统在高动态、弱信号环境下的导航性能；对超紧组合导航中的时间同步算法、多级容错导航算法、高性能非线性滤波算法进行了研究，并对非线性滤波如UKF、CKF和AUKF进行了仿真验证。（3）研制了基于“DSP+FPGA”架构的微小型超紧组合导航系统原理样机，通过了地面跑车试验和高动态半实物仿真试验的考核。（4）对基于多通道联合跟踪架构的接收机中信号跟踪和导航解算机理进行了研究，并搭建了基于多通道联合跟踪环路的软件接收机。相对于普通的标量跟踪接收机，基于多通道联合跟踪的接收机能够跟踪更弱的信号，并且可以实现卫星信号的即时重捕获。同时针对存在的通道误差传播问题设计了一种新的基于子滤波的联合跟踪环路，提高了接收机的鲁棒性。（5）对一种基于多通道联合跟踪的级联式超紧组合导航系统的架构和信息融合机理进行了研究，搭建了一种基于多通道联合跟踪环路的级联式超紧组合导航系统仿真系统，通过仿真实验验证其高动态环境下的性能。