● 摘要
本课题来源于“十五”国防研制项目“机载无源北斗组合导航系统”。根据无源北斗组合导航系统高动态、高机动、飞行区域大的特点，本文研究了无源北斗组合导航系统滤波定位算法，目的是提高北斗组合导航系统的定位精度。论文第一章介绍了课题来源和发展背景、课题简介及论文组织，然后做了如下研究：（1）第三章设计了北斗组合导航系统滤波器，第四章设计了北斗组合导航系统仿真软件平台，后续章节的研究结果都在此仿真软件平台上进行验证。（2）为了分析卡尔曼滤波器外推精度，论文第五章分析了组合导航系统的可控性、各个状态量可控性的好坏。论文中提出滤波器状态量可控度的概念和分析方法，推导了其计算公式，用于分析北斗组合导航系统滤波定位模型各个状态量的可控度，还分析了各个状态量可控性的好坏与哪些因素有关。经可控度分析发现，频差驱动输入误差明显影响钟差Δt的滤波外推精度。由于双星组合导航系统不能有效校正钟差外推误差，且钟差直接影响伪距，因此，频差驱动输入误差明显影响伪距观测精度。为了提高组合导航系统的滤波定位精度，论文中提出通过对钟差数据建模预测频差的方式减小频差驱动输入误差，提高钟差的滤波外推精度，从而提高伪距观测精度。仿真表明，对时钟误差的建模修正可明显提高北斗组合导航系统长航时的滤波定位精度。（3）为了分析卡尔曼滤波器状态量的估计精度及其与哪些因素有关，论文第五章分析了组合导航系统的可观性，提出了滤波器状态量可观测度的分析方法，并用于分析北斗组合导航系统各状态量的可观性好坏。通过分析北斗组合导航系统各状态量的可观测度，发现高度观测误差明显影响组合导航系统的定位精度。因此，提出了对高度观测数据进行建模修正的方法，经运用试飞数据仿真表明，这样做可以明显提高组合导航系统的滤波定位精度。（4）为了用试飞数据做仿真，本文研究了对试飞数据的处理，具体研究成果：针对不同情况提出剔除试飞数据中异常值的方法；对比了各种数据拟合法处理试飞数据的精度,提出了分段拟合配合高阶次多项式拟合的数据拟合方案，明显提高了试飞数据处理精度；然后，用处理过的试飞数据仿真分析了北斗组合导航系统的定位精度，得到分析结论：需要提高北斗组合导航系统大机动时的定位精度。（5）分析了钟差、高度观测误差对北斗组合导航系统定位精度的影响：从观测方程出发，分析了时钟误差对北斗双星组合导航系统各轴向定位误差的影响；然后，采用同样方法分析了高度观测误差对地理系下各轴向上定位误差的影响；最后，运用定位误差几何因子DOP分析法分析了高度误差对北斗双星组合导航系统定位误差的影响。（6）由于载体运动建模误差的存在，导致机动时北斗组合导航系统的定位误差增大。论文中经仿真分析得到结论：可以根据滤波新息平均值绝对值、均方差预测当前一段时间内的机动性，而且，滤波器驱动噪声均方差Q与特定的机动性相对应。据此，本文提出了自适应滤波方案：由新息平均值绝对值、均方差估计并调整当前一段时间内的驱动噪声均方差Q。然后设计了模糊逻辑算法实现此功能。通过调整Q，不断适应变化了的载体运动模型，提高组合导航系统的滤波定位精度。仿真结果表明，采用模糊逻辑自适应滤波算法后，明显降低了机动对组合导航系统定位精度的影响：在机动的影响下，无源北斗加高度组合导航系统采用自适应滤波算法时的定位误差增长幅度小于常规滤波算法的二分之一；无源北斗/惯导组合导航系统采用自适应滤波算法后，明显降低了机动对组合导航系统定位精度的影响。上述研究成果提出了分析组合导航算法性能的方法；提高了运用试飞数据仿真组合导航系统的精度；依据可控性、可观性分析结论提出的北斗组合导航算法改进措施明显提高了北斗组合导航系统的定位精度；设计的模糊逻辑自适应滤波算法明显提高了组合导航系统大机动时的定位精度。