● 摘要
目前全球化竞争日益激烈，北极的战略地位不断提升，我国也已提出“全球化战略”，但是由于我国地理位置上的限制和历史上对极区探索需求的不足导致国内极区导航设备相关研究相对滞后，因此研究极区导航算法问题具有重要的理论意义和极强的现实应用价值。
由于受地球磁场分布、极区特殊的天文和气象条件的影响，在极区航行过程中，如磁罗盘、卫星导航及无线电导航等导航设备性能能下降，惯性导航系统由于不依靠外部信息等优点成为跨极区运载体的主要导航手段。然而在极区，惯性导航系统也面临着严峻的考验。极区的纬度过高会造成如下几个问题：第一，当载体在纬度为70°~90°的区域内航行时，平台惯导系统的指令角速度随着纬度增大而急剧增大，这时要求陀螺力矩器接受很大的指令电流，又要求平台以高速度绕方位轴转动，这对陀螺力矩器和平台回路都是很大的困难；对于捷联惯导系统来说，导航计算机会因为计算tanL时数值过大而造成误差甚至数值溢出；第二，由于经线收敛于极点，载体在极区航行时经度变化很快，相比于低纬度地区，相同的惯性器件误差在极区会造成更大的经度误差；第三，惯性导航系统的自对准是基于罗经效应，但是在高纬度地区由于地球自转角速率的北向分量过小，会造成方位角的估计误差增大，在靠近极点的位置甚至完全无法估计方位偏角。
针对上述问题，本文研究了横向经纬度极区惯导算法和格网坐标极区惯导算法。在分析横向经纬度导航算法原理性误差的基础上，通过引入归化经纬度的概念，提出了一种改进算法，可以有效克服原算法的原理性误差。同时研究了格网坐标惯导算法，并针对船用惯导高度不变这一特点，改进了力学编排中位置更新的计算方法，降低了该算法的计算复杂程度。本文对两种改进的极区惯导算法的力学编排和误差模型进行了推导，并完成了计算机仿真，结果验证了改进算法的有效性。最后，通过对极区组合对准方法和星体跟踪器/惯导组合对准算法进行了相关探讨。