● 摘要
浮空飞艇是临近空间重要的飞行器之一。无论是作为广播通讯的基站，还是作为情报侦察的平台，飞艇都必需配备精准可靠的导航测姿系统。本课题根据某浮空飞艇对导航定位和姿态测量要求，研制了SINS/GPS组合导航测姿系统样机，研究了现场标定技术和自适应组合导航测姿算法。论文主要内容如下：
1.提出了组合导航测姿系统总体设计方案，介绍了FPGA+DSP架构的导航计算机详细设计过程，实现了基于双LPC微控制器的冗余CAN通讯功能；研究了IMU/GPS时间同步方法，完成了系统的上电自检过程，并设计了上位机测控软件。
2.为提升系统实际使用精度，研究了导航测姿系统现场标定技术。建立了惯性器件误差模型，推导了捷联惯性导航系统误差方程，分别基于最小二乘拟合法和卡尔曼滤波法设计了两种现场标定方法，阐述了两种方法的基本原理和求解过程，并进行了仿真实验和验证。
3.针对GPS量测信息的不确定性问题，设计了自适应组合导航测姿算法。分析了SINS/GPS组合导航系统数学模型，设计了常规卡尔曼滤波、Sage-Husa自适应卡尔曼滤波和Allan方差自适应卡尔曼滤波三种算法；模拟浮空飞艇机动特性，设计飞行轨迹，对三种算法进行仿真验证和对比分析。
4.完成了系统样机集成与测试，包括转台标定测试实验，静态、转台摇摆情况下的纯惯性导航和组合导航实验，采用简易六面体装置的现场标定实验，自适应组合导航测姿算法的跑车验证实验，并给出了实验结果，评估了样机性能。