高超声速飞行器惯性/天文传递对准技术研究

发布时间：2024-02-22 09:52

　　高超声速技术是21世纪航空航天技术领域的战略制高点,高超声速飞行器具有速度快、突防能力强等特点,成为当今世界军事强国关注的战略发展方向。高超声速飞行器武器系统传递对准的时间及精度决定了武器系统的反应速度及打击目标的精确度。本文针对高超声速飞行器的实际应用环境,建立了惯性/天文传递对准模型,包括：基于小失准角假设的线性模型、基于大失准角假设的非线性模型以及基于加性四元数的模型。分别搭建了基于卡尔曼滤波器以及无迹卡尔曼滤波器的数学仿真平台,对惯性/天文传递对准系统进行了仿真分析。论文主要包括以下内容：(1)给出了高超声速飞行器传递对准技术所涉及的空间坐标系以及各坐标系之间的转换关系。介绍了四元数的基本理论并给出了四元数的微分方程以及误差方程。结合X-43A的试飞轨迹,给出了高超声速飞行器的理想轨道数学模型,并利用Simulink对轨道的数学模型进行了仿真。(2)分析了捷联惯系统误差,推导了发射点惯性坐标系下的失准角微分方程、速度误差微分方程位置误差微分方程、加性四元数误差微分方程以及基于加性四元数形式的速度误差微分方程、位置误差微分方程。分析了影响高超声速飞行器传递对准精度的误差源,包括惯...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号注释表
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高超声速飞行器国内外研究现状
        1.2.2 惯性/天文组合导航研究现状
        1.2.3 传递对准技术国内外研究现状
    1.3 论文主要工作及内容
第二章 基本理论及模拟轨道仿真
    2.1 引言
    2.2 常用坐标系的定义及其关系
        2.2.1 常用坐标系的定义
        2.2.2 坐标系之间的转换关系
    2.3 四元数的基本理论
        2.3.1 四元数定义
        2.3.2 四元数微分方程
        2.3.3 四元数与刚体转动的关系
        2.3.4 四元数误差
    2.4 模拟轨道仿真
        2.4.1 基本假设
        2.4.2 理想轨道数学模型
        2.4.3 轨道仿真结果
    2.5 本章小结
第三章 捷联惯导系统传递对准误差分析
    3.1 引言
    3.2 捷联惯导系统的误差方程
        3.2.1 基于平台失准角形式的误差方程
        3.2.2 基于加性四元数形式的误差方程
    3.3 传递对准误差源分析与建模
        3.3.1 惯性器件误差
        3.3.2 机翼挠曲变形误差
        3.3.3 杆臂效应误差
    3.4 本章小结
第四章 惯性/天文传递对准模型
    4.1 引言
    4.2 星敏感器原理
        4.2.1 星敏感器测姿原理
        4.2.2 姿态解算算法
    4.3 地理系下天文定姿误差分析
        4.3.1 地理系下天文定姿误差分析
        4.3.2 地理系下天文定姿误差仿真分析
    4.4 惯性/天文传递对准模型
        4.4.1 基于大失准角的非线性传递对准模型
        4.4.2 基于小失准角的线性传递对准模型
        4.4.3 基于加性四元数的传递对准模型
    4.5 本章小结
第五章 滤波算法及仿真分析
    5.1 引言
    5.2 无迹卡尔曼滤波算法研究
        5.2.1 卡尔曼滤波
        5.2.2 无迹卡尔曼滤波算法
    5.3 仿真分析
        5.3.1 小失准角情况下估计陀螺常值漂移的仿真分析
        5.3.2 三种传递对准模型姿态收敛精度的仿真分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文主要研究内容
    6.2 后续研究工作展望
致谢
参考文献
硕士期间论文发表情况



本文编号：3906617