【《空天飞行器自主导航多源导航信息可视化仿真分析案例》1900字】

空天飞行器自主导航多源导航信息可视化仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27828空天飞行器自主导航多源导航信息可视化仿真分析案例 1164671.1GUI概述 1153301.2空天飞行器多源导航信息可视化仿真研究GUI界面设计方案 129721.3可观测度分析原理 292581.4多源组合导航系统性能分析结果 457591.4.1惯性/GNSS组合导航性能分析结果 5209791.4.2惯性/星光组合导航性能分析结果 6217421.4.3惯性/视觉导航性能分析结果 897071.4.4地基无线电导航性能分析结果 9305511.4.4着陆引导导航性能分析结果 101.1GUI概述完成面向空天飞行器自主导航的多源导航信息可视化仿真平台搭建。为了更直观的看到航迹、导航输出、精度计算结果等信息，所以采用基于GUI的空天飞行器多源导航信息可视化仿真验证平台。通过GUI可视化仿真平台，完成组合导航精度等性能分析。GUI仿真平台模拟载体的航迹，并能直接选择导航方式并查看在该导航方式下的卡尔曼滤波输出结果，同时还加入了可观测度分析，便于得到组合导航精度和可观测状态量等信息。1.2空天飞行器多源导航信息可视化仿真研究GUI界面设计方案GUI主面板如下图所示，主要功能分为三个部分，分别是绘制航迹、导航方式选择和可观测度分析。其中，导航方式选择主要是通过选择不同的组合导航方式来查看不同导航方式下的卡尔曼滤波输出图像以及误差曲线图像，包括了位置、姿态和平台误差角误差输出图像。图1.1GUI主面板以绘制航迹为例，GUI面板的输出如下：图1.2GUI航迹输出面板1.3可观测度分析原理对于线性系统，她的可观测性的定义为：对于任意线性时变系统，如公式1.1所示， (1.1)在他的状态空间中，对于任意给定的初始时刻t0的系统状态，存在有限时刻t1>t0，使得由和（）的值能唯一确定初始状态，则称系统是完全可观测，否则称为不完全可观测或不可观测。在实际应用中，线性系统方程与观测方程为： (1.2)其中为状态转移阵，为系统噪声驱动阵，为量测矩阵，线性系统模型的输入量不在可控范围内，但系统噪声与观测噪声仍然存在。为便于分析系统，已知在有限的时间间隔内，可将线性系统近似为定常系统，因此可当将系统考虑为分段线性定常系统，便于后面的分析，在这样的假设前提下，对公式（1.1）的系统方程与观测方程进行离散化，可表示为： (1.3)其中j=1,2,3,…，r，r为时间段总数。对每个时间段j，矩阵为到时刻的一步转移矩阵，为时刻的系统噪声驱动阵，为时刻的量测矩阵。已知线性系统的可观测性和外部产生的激励没有联系，所以齐次系统的可观测性研究比较有意义，将公式（1.2）所对应的齐次系统方程列出如下所示： (1.4)假设在不同时间段内，从齐次系统中得到了一系列的观测量，并都表示为第一次观测的状态量的形式，如公式（1.5）所示。对于分段线性定常系统同一时间段中为常值，可用表示。 (1.5)整理上述系统观测方程，系统总观测方程可表示如下： (1.6)形式如下： (1.7)其中可表示为： (1.8)矩阵称为分段线性定常系统的总可观测性矩阵，即TOM。定义： (1.9)矩阵称为分段线性定常系统的提取可观测性矩阵，即SOM。已知，即可使用代替来研究离散分段线性定常系统的可观测性，可观测性的判断依据为：若等于系统状态方程的维数n，则分段线性定常系统完全可观，若小于该维数，如：m<n，则表示部分状态量不可观测，且不可观测的状态为n-m个。1.4多源组合导航系统性能分析结果设计一条空天飞行器飞行航迹，包括上升段、在轨段、再入段和着陆段四个部分，三维航迹如图1.所示，仿真时间为4500秒，并以T=0.02秒为步长进行循环。图1.3三维飞行航迹空天飞行器的初始参数设置如下，接下来将以此航迹为基础进行组合导航仿真以及性能分析。表1.1空天飞行器初始参数设置横滚角俯仰角航向角机头速度经度纬度高度0°0°90°0110205001.4.1惯性/GNSS组合导航性能分析结果针对惯性/GNSS的组合导航模式，在matlab中进行仿真，图1.4为姿态误差曲线，图1.5为速度误差曲线，图1.6为位置误差曲线。图1.4姿态误差曲线图1.5速度误差曲线图1.6位置误差曲线1.4.2惯性/星光组合导航性能分析结果针对惯性/星光的组合导航模式，在matlab中进行仿真，图1.7为姿态误差曲线，图1.8为速度误差曲线，图1.9为位置误差曲线。图1.7姿态误差曲线图1.8速度误差曲线图1.9位置误差曲线1.4.3惯性/视觉导航性能分析结果针对惯性/视觉的组合导航模式，在matlab中进行仿真，图1.10为姿态误差曲线，图1.11为速度误差曲线，图1.12为位置误差曲线。图1.10姿态误差曲线图1.11速度误差曲线图1.12位置误差曲线1.4.4地基无线电导航性能分析结果针对地基无线电的导航模式，在matlab中进行仿真，图1.13为位置误差曲线。图1.13位置误差曲线1.4.4着陆引导导航性能分析结果针对惯性/视觉的组合导航模式，在matlab中进行仿真，，图1.15为速度误差曲线，图1.1