[發明專利]一種黑障區的飛行器智能導航方法

在審

• 申請號: 202010619609.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111964675A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 康駿;熊智;王融;張玲;安競軻;李欣童;李婉玲;曹志國;周帥琳
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/20;G06F17/11;G06F17/16;G06N3/02
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 李德勝

本發明提出了一種黑障區的飛行器智能導航方法，主要包括建立組合導航系統的狀態方程；結合衛星導航及天文導航提供的信息，構建基于擴展卡爾曼濾波器的量測方程；在飛行器經過黑障區前，采用Mamdani神經網絡對衛星信號工作正常情況下的信號進行模式訓練；經過黑障區無法接收衛星信號時，采用模糊系統對由神經網絡建立的導航信息庫中抽取傳感器信息知識；到達濾波周期時讀取衛星導航信息，進行擴展卡爾曼濾波量測更新，對系統狀態量進行反饋校正。本發明顯著提高了黑障區導航系統的精度和可靠性，解決了黑障區無衛星信號可用情況下的高精度導航信息輸出的問題，保證了對飛行器導航信息的有效利用，具有廣泛的適用性。

技術領域

本發明涉及飛行器組合導航領域，具體涉及一種黑障區的飛行器智能導航方法。

背景技術

目前世界各國均在研發可多次往返于大氣層內外的飛行器，其高速、高機動、可跨空域的能力，使其能夠實現快速偵察、空間站物資運輸、實現精準對敵打擊的作戰任務等。該類飛行器在飛行過程中，通常采用多種導航傳感器組合方式實現精準導航，這也是該類飛行器任務能否成功的關鍵環節。而飛行器以高超聲速返回地球時，高超聲速產生的激波會加熱在飛行器周圍的氣體，由于粘性流和激波的作用，飛行器周圍會形成“等離子鞘套”。等離子鞘套中的電子密度極高，會產生與金屬殼屏蔽類似的情況，會造成通信傳輸的中斷，因此，衛星導航等需要通過信號傳輸實現定位的導航手段均無法使用，即“黑障”現象。對于配置了多種導航敏感器的導航系統，在黑障區中，全球導航定位系統因通信中斷而失鎖；大氣層內環境會對天文導航系統造成干擾，不利于搜索星空，造成天文信號中斷，慣性導航系統因其自主性能夠正常工作。但其精度會逐漸降低，無法長時間提供高精度導航信息。

目前有通過機體構型的方法處理黑障段導航問題，但該種方法無法應對飛行器有較大機動的情況。此外也有采用電化學法來處理在該段的導航問題，但是此種方法無法在飛行器頻繁往返大氣層內外時提供導航信號。

因此，研發一種能夠保證飛行器在黑障段擁有可靠導航信息的方法，對提高飛行器導航定位精度，保證飛行器飛行安全具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是飛行器在黑障區的可靠導航方法。在飛行器由大氣層外返回地面經過無信號的黑障區的過程前，采用神經網絡學習衛星導航輸出信號，經過黑障區無法接收衛星信號時，采用模糊系統對由神經網絡建立的導航信息庫中抽取傳感器信息知識，實現與慣性導航的最優融合，顯著提高了黑障區導航系統的精度和可靠性。

本發明為實現上述目標，解決上述問題采用以下技術方案：

一種黑障區的飛行器智能導航方法，包括如下步驟：

步驟1：建立組合導航系統的狀態方程，將慣性傳感器誤差擴展為系統狀態變量，包括陀螺的隨機游走過程、隨機游走驅動白噪聲、陀螺儀的白噪聲和加速度計的隨機游走過程和隨機游走驅動白噪聲；

步驟2：結合衛星導航提供的位置信息及天文導航提供的姿態信息，構建基于擴展卡爾曼濾波器的量測方程；

步驟3：在飛行器進入黑障區之前，利用Mamdani模型的模糊神經網絡，使得飛行器導航系統可以在進入黑障區之前通過網絡學習建立衛星導航傳感器輸出信息的知識庫，進而建立自適應網絡；

步驟4：在飛行器進入黑障區前一采樣時刻，利用天文導航對飛行器姿態進行校準；

步驟5：進入黑障區后，利用模糊系統實現對已建立的衛星導航輸出信息知識庫中的衛星導航傳感器信息知識進行抽取與表達，實現導航信號的可靠輸出；

步驟6：到達濾波周期，讀取由模糊系統輸出的衛星導航信息，進行擴展卡爾曼濾波量測更新，并采用擴展卡爾曼濾波對系統狀態量進行反饋校正，實現對組合導航系統的有效修正；

作為本發明的一種優選方案，步驟1所述系統的狀態向量為：