● 摘要
航姿参考系统是惯性导航系统的一个分支，基于光纤惯性导航系统（FOG-INS下面简写为FINS）的多传感器组合的光纤航姿系统除了具有FINS本身的结构紧凑、体积小、抗振东以及抗冲击的特点，还具有抗干扰能力强，精度较高，可靠性好等优点。目前基于多传感器的光纤航姿系统在飞机、探空火箭、车载等方面得到了越来越多的应用，具有广阔的市场以及应用前景。以提高光纤航姿系统在高动态，强干扰下的性能，本文以轻小型光纤惯组为基础，开展光纤惯组/卫星(GPS)/磁强计（MR）紧组合航姿系统的研究，完成了FINS辅助GPS信号捕获以及跟踪；对FINS/GPS和FINS/MR的紧组合导航算法进行分析，并给出了改进方案。主要工作有如下几个方面内容：一、频域内FINS辅助GPS接收机快速精捕获方案研究。对卫星信号时域串行捕获和频域并行捕获两种捕获方案进行了分析和比较：时域串行捕获策略物理意义清晰，对硬件资源要求少，但是搜索的效率很低；而FFT并行捕获算法虽然对硬件资源要求较高，但是其捕获效率高，可以大大缩短搜索时间。为进一步提高捕获速度，在频域内提出FINS辅助GPS信号并行捕获算法，缩短了捕获时间、提高捕获性能。为满足后续跟踪环路对捕获精度要求，又提出了基于CZT精捕获算法，在不增加捕获时间的基础上了捕获精度，满足后续跟踪环路的要求。二、FINS辅助GPS接收机动态带宽跟踪环路研究。对GPS接收机的中的跟踪环路进行了分析和研究，在明确跟踪环路中各个误差源对环路精度影响的基础上，建立了GPS信号载噪比、FINS精度与跟踪环路精度之间的数学模型，并设计了一种以GPS信号载噪比和FINS精度为参数的动态带宽跟踪环路，通过仿真计算动态带宽跟踪环路可以提高接收机的跟踪能力和跟踪精度。三、FINS/GPS的紧组合滤波器算法研究。对基于EKF的FINS/GPS的紧组合算法进行了研究，在分析传统滤波器的量测模型的基础上，设计了基于当地水平坐标系的滤波器量测测模型，并通过仿真计算验证了模型的优越性。四、FINS/GPS紧组合算法研究。研究并详细推导了三种磁强计的标定方法，给出了试验结果；提出了以地磁模型计算量和测量值之差为量测值的FINS/MR紧组合导航方法，根据半实物仿真验证，该方法可以实时估计系统航向角误差以及MR的软磁误差，估计精度优于80%，可以提高MR实际使用精度，在静态情况下测向精度可以提高50%;五、FINS/GPS/MR紧组合航姿系统试验研究。对本文设计算法进行试验验证，进行了半实物仿真试验，转台试验，跑车试验，飞行试验，以此验证本文设计算法的有效性