(高清版)GBT 40700-2021 上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計要求VIP

上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計要求2021-10-11發(fā)布2022-05-01實(shí)施I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：北京航天自動控制研究所、中國航天科技集團(tuán)有限公司、上海航天控制技術(shù)研究所、北京宇航系統(tǒng)工程研究所、中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所。1上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計要求本文件規(guī)定了運(yùn)載火箭上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)、設(shè)計原則、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計流程、設(shè)計具體要求以及設(shè)計驗(yàn)證試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)確認(rèn)的內(nèi)容。本文件適用于低、中、高軌的單星和多星直接入軌發(fā)射任務(wù)的上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T17159大地測量術(shù)語GB/T32296航天飛行器常用坐標(biāo)系GB/T32455運(yùn)載火箭術(shù)語3術(shù)語和定義GB/T17159、GB/T32296和GB/T32455界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。上面級自主導(dǎo)航autonomousnavigationofupperstage上面級在飛行過程中，不需要地面測控站的信息即可獲取滿足控制精度需求的速度、位置、姿態(tài)信息的導(dǎo)航方式。4設(shè)計依據(jù)上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)一般包括：a)上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書，包含飛行任務(wù)對自主導(dǎo)航的功能性要求、導(dǎo)航精度技術(shù)指標(biāo)要求等內(nèi)容；b)運(yùn)載火箭設(shè)計相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定；c)相關(guān)系統(tǒng)的接口性輸入文件；可靠性、安全性和質(zhì)量等要求。5設(shè)計原則上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計原則具體為：a)先進(jìn)性原則：在有效控制風(fēng)險的前提下，采用具有預(yù)研基礎(chǔ)并經(jīng)驗(yàn)證的先進(jìn)的導(dǎo)航理論、設(shè)計方法和試驗(yàn)驗(yàn)證手段；b)繼承性原則：在滿足上面級任務(wù)約束的基礎(chǔ)上，綜合選用成熟可用的設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)分析、改進(jìn)完善并進(jìn)行充分試驗(yàn)；2c)通用性原則：針對不同的任務(wù)和運(yùn)載器，上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)考慮方案的通用性。6設(shè)計內(nèi)容內(nèi)容具體為：a)方案設(shè)計：包括設(shè)計輸入條件分析、設(shè)計約束分析、導(dǎo)航方式的選擇、冗余配置要求、導(dǎo)航坐標(biāo)系建立與使用、指標(biāo)分析與分配、導(dǎo)航方案的確定、單機(jī)指標(biāo)的提出和導(dǎo)航系統(tǒng)的組成等；c)容錯設(shè)計：冗余慣性測量組合容錯設(shè)計、組合導(dǎo)航容錯設(shè)計等。7設(shè)計流程設(shè)計流程如圖1所示。開始開始導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書方案設(shè)計設(shè)計輸入條件分析冗余配置要求導(dǎo)航坐標(biāo)系建立與使用導(dǎo)航方案的確定指標(biāo)分析與分配單機(jī)指標(biāo)的提出導(dǎo)航系統(tǒng)組成方案設(shè)計合理、指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)?是導(dǎo)航算法設(shè)計初始對注計算慣性導(dǎo)航慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航軌道推算慣性/星光組合導(dǎo)統(tǒng)容餅設(shè)計冗余慣性測母組合容錯設(shè)計組合導(dǎo)航容錯設(shè)計設(shè)計驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)學(xué)仿點(diǎn)試驗(yàn)導(dǎo)航精度單項(xiàng)試驗(yàn)金系統(tǒng)半實(shí)物仿點(diǎn)試驗(yàn)飛行試驗(yàn)確認(rèn)結(jié)束否圖1上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計流程38設(shè)計具體要求8.1方案設(shè)計8.1.1設(shè)計輸入條件分析方案設(shè)計主要分析如下輸入條件：a)飛行任務(wù)設(shè)計要求；b)運(yùn)載火箭交班點(diǎn)參數(shù)；c)飛行任務(wù)的制導(dǎo)方案；d)飛行任務(wù)彈道模型。8.1.2設(shè)計約束分析方案設(shè)計一般分析以下約束條件：a)自主導(dǎo)航系統(tǒng)精度指標(biāo)要求；b)彈道和軌道約束；c)自主導(dǎo)航可靠性要求；d)經(jīng)濟(jì)性要求；e)當(dāng)前單機(jī)的可達(dá)指標(biāo)；f)其他任務(wù)要求等。8.1.3導(dǎo)航方式的選擇通過對設(shè)計輸入條件和設(shè)計約束的分析，選擇合適的導(dǎo)航方式，進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)方案設(shè)計，自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案宜采用的典型的導(dǎo)航方式如下：a)慣性導(dǎo)航；b)衛(wèi)星導(dǎo)航；c)軌道推算；d)星光導(dǎo)航；e)其他天文導(dǎo)航。根據(jù)上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計輸入條件、約束和任務(wù)需求，結(jié)合每種導(dǎo)航方式的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)選形成合適的導(dǎo)航方式。典型導(dǎo)航方式及選取原則見表1。表1典型導(dǎo)航方式選擇表導(dǎo)航方式特點(diǎn)選取原則與注意事項(xiàng)慣性導(dǎo)航個控制周期提供全部導(dǎo)航信息基礎(chǔ)導(dǎo)航方式，測量器件精度需要滿足初始對準(zhǔn)要求慣性/星光組合導(dǎo)航需要增加單機(jī)根據(jù)飛行任務(wù)時長選用，推薦飛行時長大于10000s時選用；設(shè)計中星敏感器安裝誤差標(biāo)定在導(dǎo)航算法中要予以考慮慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航建議作為基本導(dǎo)航方式；設(shè)計中結(jié)合需要運(yùn)載火箭飛行段過載，分析接收機(jī)動態(tài)特性是否滿足要求4表1典型導(dǎo)航方式選擇表(續(xù))導(dǎo)航方式特點(diǎn)選取原則與注意事項(xiàng)軌道推算軌道推算的精度與起算初值、軌道動力學(xué)模型的精度相關(guān)根據(jù)飛行任務(wù)的時長、飛行高度和任務(wù)需求仿真確定，主要用于接收機(jī)失效下的導(dǎo)航參數(shù)推算和點(diǎn)火姿態(tài)角預(yù)報根據(jù)自主導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性要求，對關(guān)鍵單機(jī)進(jìn)行冗余配置，冗余配置主要滿足如下要求：a)應(yīng)權(quán)衡系統(tǒng)性能、可靠性要求；d)應(yīng)針對冗余件的故障模式進(jìn)行分析，采用相應(yīng)的冗余方式，消除單點(diǎn)故障；e)若其他某些單機(jī)如衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)、星敏感器直接影響成敗，宜進(jìn)行冗余配置。冗余配置設(shè)計重點(diǎn)為慣性測量組合冗余配置，慣性測量組合主要冗余配置方式見表2。表2慣性測量組合主要冗余配置方式配置方式使用方式典型特點(diǎn)兩套慣性測量組合主從冗余優(yōu)先使用主慣性測量組合進(jìn)行導(dǎo)航，主慣性測量組合故障時使用從慣性測量組合進(jìn)行導(dǎo)航a)信息可比性較好，冗余診斷算法復(fù)雜性一般，信息源較少，能解決一度故障，冗余度一般；b)冗余系統(tǒng)成本居中，質(zhì)量居中三套慣性測量組合主從冗余a)三套設(shè)備測量信息融合使用，出現(xiàn)故障設(shè)備時進(jìn)行剔除；b)三取二表決使用；c)依次切換使用a)冗余度較高；b)冗余診斷算法復(fù)雜性較復(fù)雜，信息源較多，能解決兩度故障，冗余度較高；c)冗余系統(tǒng)成本高，質(zhì)量重十表慣性測量組合(五個加速度計五個陀螺儀)單表級冗余a)十表信息融合使用，出現(xiàn)故障表時進(jìn)行剔除；b)優(yōu)先使用正交儀表，當(dāng)正交儀表出現(xiàn)故障時剔除故障儀表，引入斜置儀表進(jìn)行重構(gòu)使用應(yīng)部分兩度故障，冗余度居中；冗余系統(tǒng)成本居中，質(zhì)量輕8.1.5導(dǎo)航坐標(biāo)系建立與使用依據(jù)選擇的導(dǎo)航方式，建立導(dǎo)航系統(tǒng)需要的坐標(biāo)系，導(dǎo)航系統(tǒng)常用坐標(biāo)系如下：a)在起飛前建立發(fā)射坐標(biāo)系，在發(fā)射坐標(biāo)系進(jìn)行初始對準(zhǔn)計算，發(fā)射坐標(biāo)系定義依據(jù)b)起飛后將發(fā)射坐標(biāo)系固化建立發(fā)射慣性坐標(biāo)系，作為導(dǎo)航坐標(biāo)系，發(fā)射慣性坐標(biāo)系定義依據(jù)c)將CGCS2000(中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)常用坐標(biāo)系)或WGS84坐標(biāo)系(GPS常用坐標(biāo)系)的衛(wèi)星導(dǎo)航信息經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為發(fā)射慣性坐標(biāo)系，CGCS2000坐標(biāo)系和WGS84坐標(biāo)系定義依據(jù)GB/T17159;5d)在標(biāo)準(zhǔn)歷元J2000.0地心慣性直角坐標(biāo)系完成精確軌道推算，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為發(fā)射慣性坐標(biāo)系信息，J2000.0地心慣性直角坐標(biāo)系定義依據(jù)GB/T32296。8.1.6導(dǎo)航方案的確定根據(jù)設(shè)計輸入條件、設(shè)計約束和選擇的導(dǎo)航方式，結(jié)合運(yùn)載火箭與上面級的總體方案，建立三自由度或六自由度模型，通過數(shù)學(xué)仿真對導(dǎo)航系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證分析，判斷導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差傳播對導(dǎo)航系統(tǒng)精度的滿足后，確定自主導(dǎo)航系統(tǒng)方案。導(dǎo)航方案確定后，根據(jù)指標(biāo)分配結(jié)果，提出具體的單機(jī)指標(biāo)，具體要求見8.1.8。8.1.7指標(biāo)分析與分配主要要求如下：a)逐項(xiàng)分析導(dǎo)航系統(tǒng)指標(biāo)要求，主要分析指標(biāo)要求的合理性、可實(shí)現(xiàn)性、技術(shù)難度和可能存在的技術(shù)風(fēng)險；b)根據(jù)設(shè)備安裝偏差、單機(jī)已經(jīng)或預(yù)期可達(dá)到的技術(shù)水平以及擬采用的導(dǎo)航方式，分配慣性導(dǎo)8.1.8單機(jī)指標(biāo)的提出提供導(dǎo)航系統(tǒng)軟件運(yùn)行的硬件環(huán)境，采集慣性測量組合、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和星敏感器等單機(jī)的測量信息，進(jìn)行單機(jī)測量信息的融合，根據(jù)方案設(shè)計結(jié)果提出箭載計算機(jī)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，指標(biāo)值確定的主要依據(jù)見表3。表3箭載計算機(jī)主要指標(biāo)要求序號指標(biāo)確定指標(biāo)值的主要依據(jù)1時鐘精度導(dǎo)航與制導(dǎo)精度要求2導(dǎo)航周期及其控制信號導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案、導(dǎo)航精度要求3處理器計算精度導(dǎo)航算法計算精度要求4與系統(tǒng)相關(guān)的中斷導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)，多種導(dǎo)航方式組合要求5存儲器分配及容量導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)飛行軟件要求6導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的要求提供初始對準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航算法的角速度和加速度的測量信息，根據(jù)方案設(shè)計結(jié)果提出慣性測量組合關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，指標(biāo)值確定的主要依據(jù)見表4。表4慣性測量組合主要指標(biāo)要求序號指標(biāo)確定指標(biāo)值的主要依據(jù)1慣性測量組合的坐標(biāo)系與測量器件安裝關(guān)系精度慣性測量坐標(biāo)系與彈體坐標(biāo)系之間控制偏差關(guān)系，考慮與其他測量系統(tǒng)之間的安裝約束關(guān)系6表4慣性測量組合主要指標(biāo)要求(續(xù))序號指標(biāo)確定指標(biāo)值的主要依據(jù)2加速度計測量范圍飛行過程中的最大過載3陀螺儀測量范圍飛行過程中的最大姿態(tài)角速度4加速度計與陀螺儀安裝極性導(dǎo)航方案要求，結(jié)構(gòu)安裝約束5標(biāo)度因數(shù)導(dǎo)航精度、測量范圍要求和高精度控制要求6標(biāo)度因數(shù)誤差導(dǎo)航系統(tǒng)精度指標(biāo)分配結(jié)果7零偏均值零偏均值誤差補(bǔ)償精度要求8零偏穩(wěn)定性初始對準(zhǔn)精度，導(dǎo)航系統(tǒng)精度指標(biāo)分配結(jié)果9安裝誤差均值及其隨機(jī)誤差要求導(dǎo)航系統(tǒng)精度指標(biāo)分配結(jié)果性能參數(shù)有效期和性能參數(shù)穩(wěn)定時間誤差系數(shù)標(biāo)定在使用期內(nèi)有效性要求8.1.8.3衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)提供衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位信息和授時，根據(jù)方案設(shè)計結(jié)果提出衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，指標(biāo)值確定的主要依據(jù)見表5。表5衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)主要指標(biāo)要求序號指標(biāo)確定指標(biāo)值的主要依據(jù)1接收機(jī)導(dǎo)航參數(shù)坐標(biāo)系要求定位模式和組合導(dǎo)航方式2接收信號頻點(diǎn)、靈敏度要求慣性/衛(wèi)星導(dǎo)航導(dǎo)實(shí)時性要求3導(dǎo)航定位、測速精度要求慣性導(dǎo)航精度、導(dǎo)航系統(tǒng)精度分配結(jié)果4導(dǎo)航實(shí)時性慣性/衛(wèi)星導(dǎo)航方案、導(dǎo)航誤差修正周期和濾波算法5首次定位時間及失鎖重捕時間要求慣性/衛(wèi)星導(dǎo)航可靠性要求、慣性導(dǎo)航精度6定位模式要求(北斗、GPS或GLONASS等)慣性/衛(wèi)星導(dǎo)航可靠性要求7導(dǎo)航參數(shù)結(jié)果輸出慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)建模要求、慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航耦合關(guān)系8與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)時間同步要求慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航時間同步精度要求、飛行任務(wù)彈道模型提供姿態(tài)測量信息，修正慣性測量組合姿態(tài)誤差，根據(jù)方案設(shè)計結(jié)果提出星敏感器關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，指標(biāo)值確定的主要依據(jù)見表6。7表6星敏感器主要指標(biāo)要求序號指標(biāo)確定指標(biāo)值的主要依據(jù)1視場要求慣性/星光導(dǎo)航方案，小視場一般適用于慣性基準(zhǔn)誤差較小，測量預(yù)選導(dǎo)航星，大視場一般適用于慣性基準(zhǔn)誤差大或任意誤差場合，采用星圖匹配算法確定載體姿態(tài)基準(zhǔn)2輸出頻率要求測星時間及信息量需求，測星時間長輸出頻率可適當(dāng)降低，相應(yīng)測星時間短輸出頻率適當(dāng)增加3測量坐標(biāo)系定義慣性/星光導(dǎo)航方案要求4極性規(guī)定要求星敏感器安裝位置與慣性測量組合相對關(guān)系5星等分辨率單星識別方案對星等分辨率要求，增加識別可靠性6太陽規(guī)避角和月球規(guī)避角要求滿足測星環(huán)境條件要求的規(guī)避角，避免雜散光對測量的影響7時間同步要求慣性和星光測量信息不同步影響組合導(dǎo)航精度8動態(tài)測星角速度最大值要求星敏感器測星時正常工作狀態(tài)下所承受的載體的最大角速度、角加速度約束要求9靜態(tài)靈敏度及穩(wěn)定性要求靜態(tài)條件下對探測能力的要求，確保一定數(shù)量的可測星動態(tài)靈敏度及測量精度要求動態(tài)條件下對探測能力的要求，確保一定數(shù)量的可測星偽星點(diǎn)輸出概率要求受噪聲和環(huán)境影響，存在偽星點(diǎn)可能，為確保識別的可靠性，對偽星點(diǎn)概率提出要求匹配概率要求針對全天區(qū)星圖匹配，在系統(tǒng)容錯冗余設(shè)計確保安全前提下，對匹配概率提出要求8.1.9導(dǎo)航系統(tǒng)組成上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)典型組成如圖2所示，其中自主導(dǎo)航算法以軟件的形式存在與箭載計算機(jī)中。測量單機(jī)測量單機(jī)慣性測量組合白上導(dǎo)航軟件(導(dǎo)航算法)工具誤差補(bǔ)償否是否起飛是慣性導(dǎo)航計算王軌道推算、信息融合處理(含組合導(dǎo)航和容錯信息處理)V上面級導(dǎo)航信息衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航信息定姿信息初始對準(zhǔn)星敏感器圖2上面級自主導(dǎo)航系統(tǒng)組成88.2導(dǎo)航算法設(shè)計8.2.1初始對準(zhǔn)計算初始對準(zhǔn)設(shè)計主要考慮如下約束：a)初始對準(zhǔn)環(huán)境條件、發(fā)射準(zhǔn)備時間和發(fā)射流程；b)發(fā)射點(diǎn)大地經(jīng)度、大地緯度、海拔高度；c)系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)水平、對準(zhǔn)精度要求、響應(yīng)時間等。上面級一般使用自對準(zhǔn)方法，常用對準(zhǔn)方法選取原則和依據(jù)見表7。表7常用對準(zhǔn)方法選取原則和依據(jù)序號對準(zhǔn)方法選取原則和依據(jù)1解析對準(zhǔn)2慣性系凝固對準(zhǔn)能夠隔離角運(yùn)動的干擾，無需粗對準(zhǔn)，可單獨(dú)使用3基于地理系導(dǎo)航的卡爾曼濾波對準(zhǔn)與粗對準(zhǔn)結(jié)合進(jìn)行精對準(zhǔn)，用于復(fù)雜動態(tài)環(huán)境4最優(yōu)多位置對準(zhǔn)一般用于具備轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的慣性測量組合建立慣性導(dǎo)航方程主要考慮因素為：a)應(yīng)根據(jù)飛行任務(wù)和控制系統(tǒng)特點(diǎn)選擇的導(dǎo)航坐標(biāo)系；b)應(yīng)結(jié)合彈道和控制精度選定導(dǎo)航采樣和計算周期，采樣周期宜與導(dǎo)航周期相同，且不宜太大。主要過程為：a)根據(jù)初始對準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行初始姿態(tài)計算；b)根據(jù)發(fā)射點(diǎn)的大地經(jīng)度、大地緯度、海拔高度或地心坐標(biāo)系坐標(biāo)等參數(shù)計算初始速度和位置；c)結(jié)合箭載計算機(jī)的計算能力，選擇地球引力模型的階數(shù)，最低應(yīng)考慮二階項(xiàng)。慣性導(dǎo)航的遞推步驟如下：a)根據(jù)初始姿態(tài)速度位置和角增量視速度增量信息，遞推得到當(dāng)前時刻姿態(tài)速度位置；b)根據(jù)事先標(biāo)定得到誤差系數(shù)和工具誤差補(bǔ)償模型，計算角增量和視速度增量；c)根據(jù)角增量信息，采用四元數(shù)的方式遞推姿態(tài)四元數(shù)和姿態(tài)角。98.2.3慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航8.2.3.1慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航建模慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航的主要建模步驟如下：a)參考坐標(biāo)系選??；b)狀態(tài)向量選??；c)量測向量選??；d)狀態(tài)方程建立；e)量測方程建立。8.2.3.2慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航濾波方法慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航使用的主要濾波方法如下：a)卡爾曼濾波方法；b)最小二乘濾波方法。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間同步的主要方法如下：a)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)頻標(biāo)脈沖同步方法；b)軟件對時同步方法。依據(jù)各個飛行段的過載、振動環(huán)境、動態(tài)特性和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差傳播特性，確定各個飛行段的修正策略：a)明確各飛行段是否使用慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航；b)確定組合導(dǎo)航起止時間以及采用何種方法實(shí)現(xiàn)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航。主要過程為：a)獲取慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)輸出信息；b)進(jìn)行濾波計算求解出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差；c)對誤差進(jìn)行修正。軌道推算主要考慮如下因素：a)軌道推算主要應(yīng)用在無動力滑行段；b)宜在主動段的后效結(jié)束后開始起算；c)若滑行段時間較短或滑行段中有大姿態(tài)調(diào)姿段應(yīng)避開；d)其他導(dǎo)航方式不可用時。軌道推算的周期考慮的主要因素：a)滑行段時間；b)推算精度；c)箭載計算機(jī)性能；d)具體推算周期應(yīng)結(jié)合飛行任務(wù)的數(shù)學(xué)仿真模型確定；e)推算周期宜為控制周期的整數(shù)倍。軌道推算模型主要包括：a)地球引力模型；b)月球引力模型；c)太陽引力模型；d)太陽光壓模型；e)其他天體引力模型等。一般在執(zhí)行低軌發(fā)射任務(wù)宜使用六階引力項(xiàng)地球引力模型，執(zhí)行中高軌發(fā)射任務(wù)時宜采用六階以上引力項(xiàng)地球引力模型、太陽引力模型、月球引力模型和太陽光壓模型。推算方法宜采用常微分方程數(shù)值解法：a)龍格-庫塔(Runge-Kutta)方法；b)亞當(dāng)斯(Adams)方法等。軌道推算結(jié)果使用方法如下：a)推算滑行段結(jié)束前某時刻的導(dǎo)航參數(shù)，利用推算結(jié)果修正此刻慣性導(dǎo)航參數(shù)；b)預(yù)報下一次變軌發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時間和點(diǎn)火時刻姿態(tài)，在滑行段提前完成姿態(tài)調(diào)整、8.2.5慣性/星光組合導(dǎo)航8.2.5.1慣性/星光組合導(dǎo)航建模慣性/星光組合導(dǎo)航建模的主要步驟如下：a)參考坐標(biāo)系選??；b)慣性基準(zhǔn)誤差和星敏感器安裝誤差定義；c)星敏感器測量星矢量定義；d)測量方程建立；e)慣性/星光狀態(tài)方程建立。8.2.5.2慣性/星光組合導(dǎo)航濾波方法主要濾波方法如下：a)最小二乘濾波方法；b)卡爾曼濾波方法。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與星光測量系統(tǒng)時間同步的主要方法如下：a)星敏感器星點(diǎn)成像曝光周期的中心時刻作為同步時間；b)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)采用中斷方式響應(yīng)星敏感器發(fā)出的同步信號，記錄中斷時間，插值得到同步時刻慣性姿態(tài)。主要影響因素為：a)星光測量策略：一般在無動力飛行段進(jìn)行星光測量，針對地球、太陽和區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，測量次數(shù)和姿態(tài)應(yīng)滿足精度要求；b)星圖匹配：根據(jù)天區(qū)覆蓋、數(shù)據(jù)庫大小、匹配速度等因素，選擇三角形及其改進(jìn)算法、多邊形角距匹配算法和主星識別法等匹配算法；c)應(yīng)對星光修正慣性姿態(tài)的大小值進(jìn)行合理性判別，防止誤修正。主要過程為：a)獲取星敏感器星點(diǎn)坐標(biāo)測量值和同步時刻的慣性導(dǎo)航姿態(tài)角輸出信息；b)進(jìn)行濾波計算求解出慣性姿態(tài)基準(zhǔn)誤差；c)對慣性姿態(tài)基準(zhǔn)誤差進(jìn)行修正。8.3容錯設(shè)計8.3.1冗余慣性測量組合容錯設(shè)計主要設(shè)計內(nèi)容如下：a)冗余信息管理：針對冗余件的故障模式進(jìn)行分析，對導(dǎo)航慣性器件輸出信息進(jìn)行合理性與有效b)故障診斷邏輯：在不增加方案復(fù)雜性和軟件復(fù)雜度的前提下，應(yīng)能覆蓋多重故障，可先通過慣性器件冗余信息進(jìn)行常值故障判斷與一致性檢驗(yàn)，然后考慮其他系統(tǒng)或?qū)Ш椒绞捷o助診斷；c)故障判別門限：應(yīng)考慮器件誤差、采樣誤差、飛行環(huán)境、診斷周期等因素對故障判別門限的影響，故障判別門限設(shè)計還應(yīng)考慮漏判及誤判的影響；d)冗余切換策略：對故障具有隔離能力，冗余切換過程應(yīng)可靠快速，切換環(huán)節(jié)應(yīng)具備可測試性；e)故障信息重構(gòu)：若已明確診斷發(fā)生的故障，則應(yīng)將故障器件信息剔除后，使用剩余正常器件完成信息重構(gòu)。8.3.2組合導(dǎo)航算法容錯設(shè)計容錯設(shè)計主要內(nèi)容如下：a)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航：衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的輸出信息可能存在野值，或因?yàn)轱w行器的動態(tài)引起大導(dǎo)航誤差，以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為參考對衛(wèi)星導(dǎo)航定位結(jié)果進(jìn)行合理性判別；b)慣性/軌道推算組合導(dǎo)航：軌道推算需要精確的初值，慣性導(dǎo)航與軌道推算之間的切換應(yīng)綜合考慮慣性導(dǎo)航工具誤差、滑行段質(zhì)心運(yùn)動干擾誤差等的影響，當(dāng)上述條件不利于軌道推算時可利用地面測控站測量信息，發(fā)送上面級速度和位置，修正上面級導(dǎo)航誤差；c)慣性/星光組合導(dǎo)航：慣性/星光導(dǎo)航應(yīng)考慮剔除星圖匹配存在的誤匹配和假星點(diǎn)情況，選擇合適的星光修正門限；d)采用多種組合導(dǎo)航系統(tǒng)時，應(yīng)考慮故障情況下模式間的切換處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級容錯。9設(shè)計驗(yàn)證試驗(yàn)9.1數(shù)學(xué)仿真試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康娜缦拢篴)導(dǎo)航方案論證確定；b)導(dǎo)航算法驗(yàn)證；c)精度指標(biāo)分析與分配。典型的自主導(dǎo)航數(shù)學(xué)仿真評估如圖3所示，包含飛行器模型與環(huán)境模型、敏感器件數(shù)學(xué)模型、導(dǎo)航算法模塊和精度評定模塊。環(huán)境模型姿態(tài)動力學(xué)模型軌道動力學(xué)模型飛行器速度、位置和姿態(tài)信息的標(biāo)稱值數(shù)學(xué)模型星敏感器慣性測量組合慣性導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航速度姿態(tài)迷度、位軌道信息測量值《含測量誤差)圖3自主導(dǎo)航數(shù)字仿真評估組成圖評定導(dǎo)航精度時，飛行動力學(xué)模型輸出的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)作為標(biāo)稱值，采用平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)差對自主導(dǎo)航系統(tǒng)的精度進(jìn)行評估。9.2導(dǎo)航精度單項(xiàng)試驗(yàn)9.2.1試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康娜缦拢篴)初始對準(zhǔn)試驗(yàn)：檢驗(yàn)初始對準(zhǔn)算法是否正確、初始對準(zhǔn)精度是否滿足要求、參數(shù)是否合理、各干擾狀態(tài)是否適應(yīng)；b)慣性導(dǎo)航地面試驗(yàn)：利用慣性測量組合測量信息，在地面導(dǎo)航過程中加入飛行振動環(huán)境，測試飛行振動環(huán)境下慣性導(dǎo)航的精度；c)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航試驗(yàn)：檢驗(yàn)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航算法是否正確、導(dǎo)航精度是否滿足要求、參