题目：跨大气层可重复使用运载器再入段自主导航研究

本论文主要是对可重复使用运载器再入段进行研究，探讨可重复使用运载器再入段的导航方法。论文以第二代可重复使用运载器为例，了解了国外跨大气层可重复使用运载器GNC（Guidance Navigation and Control）技术的发展现状与趋势，以航天飞机为研究对象，通过深入分析其再入段的飞行特点及动力学模型，根据再入段飞行特点并结合各种导航方法的原理，提出了我国跨大气层可重复使用运载器再入段的分段导航方案。初期再入飞行阶段，由于飞行高度较高，大气较稀薄，并且在返回大气层时存在一段“黑障区”，因此在此段使用INS/CNS的导航方法；末端能量管理段，由于飞行过程较为复杂，又需要较高的导航精度，因此选择INS/SAR/GPS组合导航的方式，并通过气压高度表引入高度信息；对着陆段，使用了和末端能量管理段相类似的导航方法的组合，用GPS提供的高程信息解决惯导的高度不可观问题，仿真的结果表明，对再入飞行各段提出的导航方案导航精度较理想，基本满足跨大气层可重复使用运载器在再入段的性能要求。论文重点研究了末端能量管理段的导航方法，分析了末端能量管理段的飞行过程，选取有效的观测信息并建立了相应的观测方程。在滤波方法上，由于导航系统用到多种导航方法的组合，因此分析了信息融合方法在组合导航中的应用，对联邦卡尔曼滤波结构及分享因子的选择做了深入研究。其次，研究了初期再入段和进场着陆段的飞行过程，选取了有效的观测信息量并建立了相应的观测模型。在滤波方法上进场着陆段同样用联邦卡尔曼滤波对组合导航进行滤波仿真。在完善的计算机仿真条件下，对可重复使用运载器再入段轨道进行了仿真，并根据所建立的系统状态模型和观测模型，对再入段进行了分段的导航仿真研究。研究结果表明，对提出的再入段分段导航方案是可行的，并证实了多传感器信息融合得到的组合导航精度远高于单一传感器导航方法，论文中所使用的INS/SAR/GPS的组合导航精度要高于INS/SAR或INS/GPS的导航精度。