● 摘要
微小型导航、制导与控制（Micro Guidance Navigation and Control，MGNC）系统是微小型飞行器实现自主飞行的核心组成部分，导航作为其中的关键技术之一在MGNC系统中处于极其重要的地位。本文以“十一五”国防基础科研重大项目为背景，针对MGNC系统因采用微机电系统MEMS（Micro Electronic Machine Systems）传感器作为惯性器件导致导航精度下降的问题，从导航方法上加以优化改进，重点研究高精度、快速组合导航方法及其实验验证。主要工作如下：１. 研究了捷联姿态矩阵更新算法。重点研究基于旋转矢量的高精度姿态更新算法和忽略四元数直接递推姿态更新矩阵的快速算法。详细推导了基于旋转矢量的三子样姿态更新算法和计算量小、硬件上易于实现的姿态更新矩阵递推算法，用MGNC真实数据对各改进算法进行了验证，并与传统四元数法进行了精度及计算量方面的比较，结果表明改进算法可以分别提高精度、减少计算量。２. 研究了捷联惯性导航系统误差建模。在不对失准角进行任何小角度近似的前提下推导了适用于各种失准角情况的基于欧拉角的捷联惯性导航系统误差模型，并在大失准角下分别采用扩展卡尔曼滤波EKF（Extended Kalman Filter）和迭代卡尔曼滤波IKF（Iterative Kalman Filter）滤波方法进行了仿真验证，结果表明模型建立准确，滤波有效。3. 研究了实时快速滤波方法。在不影响精度的前提下，分别对捷联姿态矩阵更新、滤波预报方差阵求解和量测修正三部分进行算法优化，减小计算量，并将算法应用于实际MGNC系统进行了精度和计算量验证，结果表明改进方法不影响滤波精度且能大大减小计算量。4. 实现了改进的组合导航算法在MGNC系统上的工程应用。将改进方法移植到系统，通过静态、跑车、飞行等一系列实验验证了系统和算法的完好性及有效性。