研究目標研究內(nèi)容擬解決的關(guān)鍵問題

研究目標、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題1.研究目標本項目期望解決極區(qū)慣性導航算法存在的相關(guān)問題，以滿足大飛機極區(qū)慣性導航算法的需求。2.研究內(nèi)容游移方位慣導力學編排雖然在極區(qū)無法輸出定位和定向信息，但是仍然可以完成位置方向余弦矩陣和姿態(tài)方向余弦矩陣的正常解算而不損失計算精度，所以慣導是執(zhí)行極區(qū)導航的理想選擇。極區(qū)無法定位主要是由于極區(qū)經(jīng)線向極點收斂引起的，而地球上的極點是人為定義的，只要摒棄原來經(jīng)緯線的定義，讓經(jīng)緯線不收斂于地理極點就可以避免經(jīng)線收斂引起的定位困難。同樣，若摒棄以經(jīng)線作為航向參考基準，采用平行于本初子午線的平行線作為航向參考就可以避免經(jīng)線收斂引起的定向困難。本項目通過分析傳統(tǒng)慣導力學編排方案的缺陷，設(shè)計三種適合極區(qū)導航的慣導力學編排方案。主要研究內(nèi)容有：1）傳統(tǒng)慣導力學編排方案在極區(qū)工作的缺陷及極區(qū)軌跡發(fā)生器設(shè)計。①通過對傳統(tǒng)游移方位慣導系統(tǒng)力學編排的分析，得到游移方位慣導系統(tǒng)力學編排在高緯度地區(qū)或極區(qū)存在的問題，建立相應(yīng)的誤差同緯度間的關(guān)系，并給出游移方位慣導系統(tǒng)力學編排的緯度適用范圍。②研究飛機在極區(qū)飛行軌跡的生成方法，為極區(qū)導航算法的仿真分析提供基礎(chǔ)。2）極區(qū)平面慣性導航力學編排及性能分析。①借鑒平面慣性導航的力學編排并考慮極區(qū)的特殊性推導出適合極區(qū)應(yīng)用的平面慣性導航的力學編排公式，推導極區(qū)平面導航坐標系內(nèi)的飛機定位和定向的計算方法。考慮地球曲面影響，推導飛機位置變化引起重力傾斜的補償算法公式。②仿真比較分析地球模型是圓球模型和橢球模型時的極區(qū)平面導航性能的差異。3）極區(qū)橫向慣性導航力學編排及性能分析。①建立偽地理坐標系，推導橫向地球坐標與正常地球坐標意義下的各種參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及橫向慣性導航的力學編排公式。②仿真比較分析地球模型是圓球模型和橢球模型時的極區(qū)橫向?qū)Ш叫阅艿牟町悺?）格網(wǎng)慣性導航力學編排及誤差性能分析。①推導格網(wǎng)導航坐標系同當?shù)氐乩碜鴺讼档霓D(zhuǎn)換關(guān)系，推導格網(wǎng)航向角的計算公式并推導格網(wǎng)航向同真北航向、風向、磁航向、航跡角及偏流角之間的關(guān)系。②推導格網(wǎng)導航坐標系下慣性導航的力學編排，分析并推導格網(wǎng)導航誤差方程。針對地球模型是圓球模型和橢球模型的情況仿真比較分析地球模型對格網(wǎng)導航性能的影響。5）研究進出極區(qū)導航模式切換時系統(tǒng)參數(shù)的轉(zhuǎn)換算法以及精度分析。3.擬解決的關(guān)鍵問題①平面導航算法中在推導飛機位置變化引起重力傾斜的補償算法公式時對重力傾斜進行補償。②推導格網(wǎng)航向角的計算公式時計算格網(wǎng)航向角。③格網(wǎng)導航坐標系下飛機地理位置的計算。④導航坐標系切換時導航參數(shù)的轉(zhuǎn)換。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析、研究計劃及預期進展1.研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析本申請項目研究方法以理論分析和方案設(shè)計為主。方案有效性通過計算機數(shù)值仿真驗證。仿真過程盡量接近實際系統(tǒng)的工作方式，如：捷聯(lián)慣性組件的輸出全部假定為增量形式。描述系統(tǒng)模型的微分方程全部采用四階龍格庫塔法求解，并將其作為評定導航精度時的理論參考值。捷聯(lián)慣導系統(tǒng)解算按照真實的導航解算過程完成，即：姿態(tài)解算采用等效旋轉(zhuǎn)矢量多子樣算法，并考慮圓錐誤差、劃槳誤差和渦卷誤差補償?shù)膬?yōu)化算法。仿真平臺頂層結(jié)構(gòu)分為：極區(qū)軌跡發(fā)生器模塊、導航模式切換模塊和導航解算模塊。整個仿真系統(tǒng)如圖6所示。圖6仿真平臺頂層結(jié)構(gòu)圖仿真系統(tǒng)中軌跡發(fā)生器產(chǎn)生載機的理想運動狀態(tài)及慣性器件輸出，導航模式切換模塊根據(jù)飛機進入極區(qū)和退出極區(qū)緯度設(shè)定值與飛機當前緯度位置判斷應(yīng)當執(zhí)行極區(qū)導航模式還是正常導航模式并對導航模式切換過程中的導航參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，導航解算模塊根據(jù)導航模式判斷結(jié)果執(zhí)行對應(yīng)的導航解算程序，導航參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將導航解算參數(shù)轉(zhuǎn)換到同軌跡發(fā)生器產(chǎn)生的導航參數(shù)相同的坐標系內(nèi)。導航誤差可作為評價各導航模式性能的參考。由于極區(qū)地理環(huán)境無法在實驗室模擬，極區(qū)慣性導航算法無法在實驗室條件下通過試驗驗證。因此采用大量的仿真算法對極區(qū)慣性導航算法進行仿真分析驗證。另一方面極區(qū)慣性導航算法不僅適用于極區(qū)導航解算同樣適用于非極區(qū)導航解算，因此可以考慮通過在非極區(qū)的車載試驗或機載試驗對設(shè)計的極區(qū)慣性導航算法進行跑車試驗或機載試驗，以期驗證所設(shè)計的算法的正確性。2.研究計劃及預期進展研究計劃大致安排如下：（1）2012.3-2012.5研究指北方位慣導力學編排和游移方位慣導力學編排在高緯度地區(qū)工作存在的問題，在計算機上編制極區(qū)飛行軌跡并生成相應(yīng)的慣性器件數(shù)據(jù)；（2）2012.6-2012.9推導極區(qū)平面慣性導航力學編排公式，仿真并分析極區(qū)平面慣性導航的性能；（3）2012.10-2013.1根據(jù)格網(wǎng)航向特點，推導格網(wǎng)導航力學編排及導航誤差方程，仿真并分析極區(qū)格網(wǎng)導航的性能；（4）2013.2-2013.3設(shè)計極