● 摘要
巡航导弹是一种用途广泛、成本低廉、通用性好、作战效能高的先进武器，特别适用于攻击纵深高价值目标，在现代战争中担负着重要的使命。捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System，SINS)的导航误差随时间积累，不能独立担负起巡航导弹的导航任务；在现代高技术战争的强电磁干扰下，GPS(Global Position System)的作用也将受到严重影响。为了提高巡航导弹的打击精度、抗干扰性和自主性，本文从两个角度进行了深入研究：(1) 改善惯性器件性能，提高惯性测量精度；(2) 使用天文导航(Celestial Navigation System，CNS)和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)对SINS进行实时修正，建立了一个适用于巡航导弹的SINS/CNS/SAR自主组合导航系统。主要研究工作有以下几点：
(1) 完成了对动力调谐陀螺的建模，分析了动力调谐陀螺驱动轴上的二倍频角振动和线振动对于角速率测量的影响，建立了动调陀螺的误差模型，并通过仿真比较了各个参数对于引起陀螺漂移的影响程度，最终基于一种双平衡环法对角振动引起的陀螺漂移进行了补偿。
(2) 设计了两种天文导航系统的地平确定方案——SINS提供数学基准和星光折射间接敏感地平。论文提出的将两种地平方案分别与SINS进行组合，最终通过联邦滤波进行信息融合，使天文导航的地平确定精度和稳定性均得到提高。
(3) 建立了前斜视成像SAR匹配参数从地面特征点到导弹质心处的传递模型，并以SINS/SAR组合导航精度为依据，讨论了传递过程中参数误差的影响，并得出参数传递过程中的SAR安装误差会降低组合导航精度和减慢误差收敛速度的结论。
(4) 设计了一种弹载SAR运动补偿中偏差量的测量方案。为了提高SAR成像的分辨率，该方案中提出了一种基于导弹质心位置SINS/SAR/CNS的导航数据来取代GPS测量数据实现对天线相位中心处IMU的校正，从而精确测量SAR运动补偿中偏差量的方法。通过SAR天线运动偏差曲线图可以清晰地看出，该方法能够有效地限制IMU导航解算的发散，偏差量的绝对测量精度和相对测量精度均能满足SAR对运动补偿精度的要求。
(5) 基于非线性滤波原理，建立了适用于巡航导弹的SINS/CNS/SAR组合导航系统。非线性的系统状态模型更加准确，且基于信息分配因子优化选择的联邦滤波器能够保证更加充分地使用准确的量测信息。通过仿真验证，建立的基于UKF(Unscented Kalman Filter)的SINS/CNS/SAR系统性能提高的同时，容错性和实时性也得到大大提升。
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