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摘要
目的:地球真实重力场建模复杂,惯性导航通常使用正常重力模型近似地球真实重力。这种做法能满足大部分高超声速助推滑翔(HBG)飞行器导航系统的精度要求,但在一些已出现的高精度惯性导航系统中,传统重力模型的误差已不可忽略,甚至成为主要的误差来源。本文旨在研究导航系统需要的实用误差更小的重力模型。创新点:1.讨论球谐模型建立的高精度地球重力场以及正常重力场在HBG飞行器上的应用;2.将重力模型用于基准飞行轨迹生成和导航仿真;3.比较各常用重力模型的误差及计算量,并给出不同精度惯性导航系统对不同精度重力模型的选择依据。方法:1.通过理论推导,梳理球谐模型和正常重力模型之间的关系,并给出重力计算公式和坐标转换公式;2.在计算基准飞行轨迹时使用最高精度的球谐模型;3.在导航时试验不同重力模型,并通过结果分析各模型精度;4.同时加入惯性器件误差和重力模型误差,并与重力模型单独作用时进行对比,给出不同精度惯性导航系统选择重力模型的依据。结论:1.临近空间大部分区域的重力扰动在0.01 mg到0.10 mg之间;2.正常重力模型中J4模型接近正常重力精度极限,较J2模型精度有小幅提升;3.惯性器件精度优于0.10 mg时,要使用比正常重力模型精度更高的重力模型,如中低阶球谐模型。
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