● 摘要
浮空飞行器是临近空间重要的飞行器之一。浮空飞行器上常配备多种仪器设备，主要完成对地观测、通讯、监视、侦查、预警等任务。本课题针对浮空飞行器的组合导航系统中GPS失效后仍需提供准确姿态的需求，研制了光纤姿态参考系统，研究了光纤姿态参考系统/磁强计组合导航算法及磁强计标定技术。论文主要内容如下：
1、设计了光纤姿态参考系统即INS/磁强计组合导航总体方案；介绍了基于SOPC技术的导航计算机详细设计过程；完成了Niso II软核系统的搭建，包括Nios II软核、System ID核、JTAG UART核、SDRAM控制器、UART核和自定义数据采集功能IP核，实现了对外部信号陀螺仪、加速度计和磁强计的信号采集；研究了低通滤波原理，完成了软核系统内FIR低通滤波器设计。
2、针对磁强计误差干扰较大导致磁航向角测量不准确的问题，为提升系统实际使用精度，研究了磁强计标定技术。分析了椭圆拟合和椭球拟合方法的适用性，在基于浮空飞行器空间飞行的特点基础上，建立了磁强计的椭球拟合模型，并分析了磁强计误差，结合递推最小二乘法参数辨识优于最小二乘的特点，设计了递推最小二乘的磁强计标定技术，并进行了相应的仿真实验验证。
3、针对GPS失效情况，设计了光纤姿态参考系统组合导航方法。结合INS/磁强计组合导航的特点，分析导航系统误差模型和系统初始化模型，推导出基于四元数的姿态误差方程；在卡尔曼滤波原理的基础上，设计了系统滤波器，并进行了相应的仿真实验验证。