题目：大型飞机惯性/天文/视觉组合导航系统技术研究

大型飞机产业是典型的战略性产业，它在整个国际航空工业领域所占的比重日益增加。导航系统作为机载飞行管理系统中的一个核心子系统，它能够为飞行管理系统提供各种实时导航信息，在飞机的各个飞行阶段起着至关重要的作用。

捷联惯性导航系统（SINS）的误差随时间积累，不能独立承担大型飞机的导航任务；天文导航系统（CNS）有较高的姿态确定精度，但需要水平基准辅助其定位；而视觉导航数据率较低，计算复杂。为了提高大型飞机导航系统的精度和可靠性，本文针对两个飞行阶段进行深入研究：(1) 在飞机巡航段设计了惯性/天文深组合导航方案，提出了高精度数学平台确定方法，解决了天文不能实现定位的问题，并且避免了导航误差的发散；(2) 基于飞机着陆段提出了视觉/惯导紧组合导航方案，该方案以特征点像素坐标为量测量，在视觉传感器输出信息的层面进行了导航信息融合，一方面避免了视觉导航系统构造量测量时引入交联误差，另一方面惯导构造量测量时存在误差均为系统误差，有利于建立量测方程。另外，惯导提供的数据还可以预测特征点位置，减小特征跟踪的搜索范围和搜索时间。

主要研究工作包括以下几点：

(1) 完成了对基于星敏感器的位姿确定方法的研究，利用惯导提供的“数学平台”作为天文导航系统的地平，再结合星敏感器输出的高精度惯性姿态，实现天文定位；惯导提供的载体位置信息和星敏感器提供的惯性姿态信息可确定载体姿态。

(2) 设计与实现了一种适用于大型飞机巡航段的惯性/天文深组合导航方案，为了确定高精度的数学平台以帮助天文导航系统实现精确定位，提出了一种星敏感器辅助SINS的高精度数学平台确定方法，以及基于高精度数学平台的星敏感器位置矢量确定方法。仿真验证表明，该方案通过基于数学平台的CNS位置矢量对SINS的加速度计零偏以及位置误差进行校正，抑制了定姿和定位误差随时间发散的趋势，达到长时间、高精度的位姿确定要求。

(3) 根据摄像机成像模型以及飞机着陆段的机场视觉环境，建立了基于跑道面三点的导航参数计算模型。通过提取摄像机拍摄图像中的跑道边线和跑道入口线，并计算它们之间的交点，根据三个交点在图像坐标系下的坐标即可解算出飞机的飞行参数。该方法具有计算简单、精度高的特点。

(4) 通过对视觉/惯性组合导航模式的性能分析，提出了一种基于特征点像素坐标的视觉/惯性紧组合导航方案，并建立了该组合导航系统的系统方程和量测方程。仿真验证表明，该方案的导航精度能够满足飞机着陆段的要求。