● 摘要
SINS/GPS/CNS综合了各自的优点，具有导航精度高、可靠性好、体积小等特点，是现代导航系统的发展方向之一。本文以高空飞行器组合导航的需要为背景，给出了对SINS/GPS/CNS组合导航系统的理论研究与仿真分析。主要工作包括以下几个部分：1、较深入的研究了捷联惯导系统的工作原理、基本算法以及惯性器件的误差，构建了该系统的仿真模型，对误差进行了仿真分析，然后根据GPS的工作原理，分析了GPS的误差来源并给出了一般认可的GPS误差模型；2、针对高空的特点重点研究了天文导航，包括星表建立、星图模拟、星体识别、星图识别及其天文定姿原理，同时开发可视化的仿真软件以方便对各个步骤的算法进行研究；3、研究分析了联邦卡尔曼滤波器的算法和结构特点，使用联邦卡尔曼滤波其对SINS、GPS、CNS三种导航系统进行组合，同时对子滤波器和主滤波器进行了数学建模并进行了仿真分析，结果表明组合导航系统在导航精度和稳定性方面较单一的导航系统都有明显提高，也证明了仿真过程的正确性，对系统的观测度进行了分析，并且把它应用在SINS/GPS子系统中；4、针对系统噪声和量测噪声未知的情况，使用了Sage-Husa自适应滤波算法。同时设计了模糊自适应卡尔曼滤波器，仿真结果表明本文设计的该模糊自适应卡尔曼滤波器，能适当降低卡尔曼滤波器的发散程度，具有更高的精度。5、为了使仿真过程更接近于实际情况，仿真利用五台计算机分别为：轨迹发生、SINS模拟、GPS模拟、CNS模拟和滤波。其中SINS和GPS的误差可以为人工模拟和静态实物两种方式，使得仿真更具有意义。