● 摘要
机载组合导航系统是飞机综合航电系统的重要组成部分，是飞机安全飞行的重要保障，研究解决飞机的精确导航定位问题具有重要的现实意义。本文对惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)的组合导航系统进行了深入研究，仿真设计了一种能实现飞机高精度导航的GPS/INS组合导航系统。论文首先分析了惯导系统误差模型和影响GPS导航性能的误差，给出了组合导航系统的误差状态矢量，对组合导航系统的不同耦合结构进行了阐述，构建了松耦合、紧耦合和超紧耦合三种不同耦合方式的结构图；并对三种耦合卡尔曼滤波器的性能进行了分析比较。接下来对组合导航系统不同耦合形式的卡尔曼滤波器进行了设计，并用衰减记忆滤波算法和 分解滤波算法解决卡尔曼滤波器的发散问题。构建了滤波器仿真平台。研发了为仿真平台提供INS导航数据和GPS导航数据的惯导模拟器和GPS信号模拟器。最后利用滤波仿真平台和惯导、GPS模拟器对松、紧两种耦合方式在飞机高动态、大机动和卫星数目变化等不同环境下进行了仿真。通过对仿真结果的分析，紧耦合组合导航系统在各种模拟环境下均具有更优的导航精度和导航性能，由此确定了机载组合导航系统的组合方式，为未来机载组合导航系统的设计提供了重要的参考数据。本文通过GPS/INS组合导航系统技术和滤波算法问题研究为以后实现机载多导航源组合导航系统的信息融合奠定了基础，也为GPS/INS紧耦合组合导航系统的研发提供了数据支持及仿真测试工具。