● 摘要
针对新一代国家空管系统对民航导航性能的要求，本论文研究综合利用多导航传感器的组合导航信息融合技术，即采用联邦滤波器技术实现基于捷联惯导系统、GPS卫导系统和VOR-DME系统的多传感器组合导航系统，并着重分析系统的定位精度和容错性能。首先本文对惯导，GPS，VOR-DME等导航系统进行介绍，主要阐述了各个系统的工作原理和误差分析，同时分别介绍了卡尔曼滤波和联邦滤波器技术。其次本文建立了组合导航系统的联邦滤波器模型，考虑惯导系统的自主性和稳定性，本文以惯导系统作为主导航系统，并将惯导系统分别与GPS，VOR-DME系统进行组合，构成两个子系统。然后本文针对传统卡尔曼滤波量测噪声模型不够准确的问题，采用了一种量测噪声实时估计的算法；同时在组合导航系统联邦滤波器中加入故障检测模块，采用了残差检验法和多步状态外推法等故障检测方法。最后本文介绍了作者设计的SINS/GPS/VOR-DME组合导航系统的仿真平台，该仿真平台采用面向对象的思想实现，利用类设计实现各个导航系统模块以及联邦滤波器模块，并实现输出结果的可视化。通过模拟真实飞行航路轨迹的大量仿真，研究航路上联邦滤波的定位性能，同时验证了组合系统的容错性；此外对SINS/GPS子系统中的SINS辅助GPS完好性监测(GI-RAIM)进行研究。此外本文还给出了基于SCP1000芯片的USB接口便携式气压高度表的设计与制作，为课题组外出跑车试验提供硬件支持。本文对基于联邦滤波器的SINS/GPS/VOR-DME组合导航系统精度和容错性的研究分析，为新一代国家空中交通管理系统应用作了有益的探讨，提供了一定的技术基础。