题目：惯性／天文／GPS组合导航及天文找北技术研究

快速、精确找北技术可以为弹道导弹机动发射提供基础，惯性／天文／GPS组合制导能极大地提高弹道导弹的射击精度，因此，天文导航技术在提高弹道导弹武器系统作战效能方面具有非常重要的作用。本文重点研究了天文找北技术和惯性／天文／GPS组合导航技术。主要研究内容如下：（1）对快速、精确天文找北技术进行了深入的研究。提出了一种天文找北的方案。对天文找北系统进行了结构设计。提出了基于解析调平的方位补偿算法和对瞄准误差的方位补偿算法。采用此算法，保证了天文找北的快速性和精确性。（2）对惯性／天文组合导航在航空上的应用进行了研究。分析、比较了天文／惯性组合导航系统的四种工作模式（ 纯惯性导航工作模式； 天文/惯性组合校正航行体的导航数据； 天文/惯性组合精确补偿陀螺的漂移； 天文/惯性最优组合模式），根据这四种组合方式各自的特点，分析了它们不同的适用场合。对于航空飞行器，提出了合适的组合模式是基于陀螺漂移校正的惯性／天文组合模式。建立了惯性／天文组合导航的仿真模型，重点推导了天文分系统的观测方程，并明确指出，天文分系统观测的量为平台漂移角。对组合系统进行了仿真验证。（3）提出了基于随动平台的惯性／天文组合制导方法。详细推导了天文子系统对惯导平台误差角的观测公式。研究了基于随动平台的星体跟踪器的动态特性。分析了星光对平台误差角的修正精度。利用星光对平台误差角的观测结果，给出了采用环境函数法修正导弹关机点的速度和为参数的方法。研究表明，采用随动平台的惯性－天文组合制导方式，非常适合在机动弹道导弹上使用。（4）研究了惯性／天文／GPS组合制导技术。组合滤波器的设计是惯性／天文／GPS组合制导系统的核心。对SINS／GPS组合方式进行了分析比较，对深组合在频域的范围内进行了较详细的研究。根据弹道导弹的特点，选择容错能力强的联邦滤波作为组合制导系统信息融合的工具。建立了惯性－位置、惯性－速度以及惯性－天文三个子滤波器的滤波模型。设计了组合系统的仿真结构，对惯性、天文、GPS不同的组合方式在不同的滤波器结构情况下，进行了数学仿真。仿真结果验证了无重置的联邦卡尔曼滤波对惯性／天文／GPS组合制导系统进行信息融合是合适的。该滤波方法精度与集中卡尔曼滤波器的精度相当，同时又具有很强的故障检测、隔离与重构能力。（5）对适用于INS/CNS/GPS组合制导的自适应卡尔曼滤波进行了研究。对多模型卡尔曼滤波和Sage自适应滤波进行了分析，指出了它们在弹道导弹组合制导应用中的局限性。提出了一种直接基于新息的自适应卡尔曼滤波方法，构造出了相应的滤波算法，对该方法进行了仿真验证。仿真结果表明，直接基于新息的自适应卡尔曼滤波对野值具有很强的鲁棒性，这非常适合在INS/CNS/GPS组合制导系统中使用，用以抑制GPS速度跳变对状态估计的影响。