● 摘要
在惯性/卫星组合导航系统中，时间不同步对高速飞行器导航系统性能的影响非常明显，载体速度越高问题就越尖锐。为避免时间不同步给Kalman滤波器造成的紊乱，有些惯性/卫星组合导航系统曾采用载体大机动时断开组合导航滤波器的做法，这显然不是最佳解决方案。本文结合国家空管委课题“组合导航技术空管应用研究”，对惯性/卫星组合导航系统数据融合中的时间同步技术进行了深入的理论研究，在对一次飞行数据进行分析的基础上，使用现役机载捷联惯导/卫星组合导航系统进行了车载实验，论文的主要研究工作如下：1. 针对惯性与卫星组合导航系统存在不同步时间的问题，建立了一种包括不同步时间的数学模型，通过开环卡尔曼滤波进行在线估计和补偿。根据PWCS理论分别分析了在速度量测、位置量测、速度/位置量测模型中不同步时间的可观测性，并进行了仿真。理论分析和仿真结果均表明，使用速度/位置量测模型时，只要载体存在速度或加速度变化，不同步时间就完全可观测。2. 研究了量测模型的选择问题，机载仿真结果表明，同位置量测相比，使用速度/位置量测模型可大大提高不同步时间的估计速度和精度。3. 从卫星导航精度和惯导精度两个方面分析了影响不同步时间估计效果的因素，包括卫星导航的位置噪声和速度噪声以及惯导的陀螺漂移、加速度计零偏、方位不对准角、安装误差角、刻度系数误差。车载和机载仿真结果表明，使用速度/位置量测模型时，影响不同步时间估计精度的主要因素是卫星导航的速度噪声和惯导的加速度计零偏。 4. 分析处理了以往的一次飞行数据，并使用现役机载捷联惯导/卫星组合导航系统进行了车载实验，验证了不同步时间在线估计和补偿方法的估计精度。介绍了车载演示验证实验系统的硬件和软件组成，设计了时间同步车载验证实验方案。飞行数据分析结果表明，不同步时间的估计精度优于15ms(1σ)；车载实验结果表明，不同步时间的估计精度优于10ms(1σ)。5. 探讨了GPS和北斗受干扰条件下伪卫星与惯导组合定位的问题。在伪卫星数目不足时，利用伪距紧组合仍可以修正惯导误差，但需要解决伪卫星时钟误差问题。针对此，本文提出了一种双伪卫星辅助的惯导误差校正的新方法，该方法能在使用两颗伪卫星和一部惯导的情况下，利用测量序列对伪卫星的钟差和惯导的位置误差进行有效估计。
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