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基于多传感器融合的自动着舰技术研究

摘要

航母是海上移动平台，只有尽可能地发挥其搭载的舰载机的出动效率，才能提高航

母战斗群的作战能力，而航母又不同于陆地机场，舰载机更容易发生着舰事故。这就对

舰载机着舰引导系统的精度提出了很高的要求，因此多传感器信息融合引导着舰技术受

到了极大的关注。本文在直接升力控制的自动着舰系统的基础上，利用改进的联邦

Kalman滤波算法融合SINS/GPS/雷达的导航数据，从而更加精确地引导舰载机下滑着

舰，并搭建了基于多传感器融合的自动着舰引导控制系统综合仿真模型来验证其有效性。

首先，在传统的基于H-dot指令的自动着舰系统基础上，直接建立了舰载机进场着

舰的相关模型，包括舰载机六自由度非线性模型、舰尾扰流模型以及甲板运动模型，并

给出了舰尾流和甲板运动的仿真结果。

其次，对本文所使用的SINS、GPS、雷达三种导航传感器的原理及误差进行了详细

介绍，并模拟了GPS引导方式、雷达引导方式引导舰载机着舰时，各自测量舰载机飞行

状态的输出结果。仿真结果表明，两种引导方式符合引导系统实际工作时的情况。

随后，简要介绍了KF以及FKF的基本原理及算法过程，以此建立了SINS/GPS/雷

达组合导航的状态方程和量测方程。在标准联邦Kalman滤波算法的基础上，子滤波器

采用引入渐消因子的STF算法，主滤波器则通过简化融合算法，同时利用一种新的信息

因子分配计算方法，设计出了一种改进的自适应联邦强跟踪卡尔曼滤波算法(IAFSTKF)，

融合了三种传感器的测量数据。仿真验证结果表明，该算法相较于FKF算法在滤波精度

上得到了较大的提升。

最后，先设计了一种基于直接升力控制的自动着舰系统，并验证了该系统在单位阶

跃条件下的响应能力，结果表明该系统基本满足设计要求；然后将多传感器数据融合算

法模型加入到自动着舰系统的测量反馈回路中，搭建出一种基于多传感器融合的自动着

舰引导系统的综合仿真模型；最后分别给出了雷达、GPS以及SINS/GPS/雷达组合导航，

三种引导方式引导舰载机着舰时的仿真结果，并对比分析出融合引导方式的性能优于单

一引导方式。

关键词：舰载机；传感器；信息融合算法；自动着舰系统

基于多传感器融合的自动着舰技术研究

ABSTRACT

Aircraftcarrierisamobileplatformonthesea.Onlybygivingfullplaytothedispatching

efficiencyofthecarrier-borneaircraftcanthecombatcapabilityofthecarrierbattlegroupbe

improved.However,unlikelandairports,carrier-borneaircraftaremorepronetolanding

accidents.Thisputsforwardahighrequirementfortheaccuracyofthelandingguidancesystem

ofcarrier-basedaircraft,sothemulti-sensorinformationfusionguidancetechnologyhas

receivedgreatattention.Basedontheautomaticlandingsystemwithdirectliftcontrol,this

paperusestheimprovedfederatedKalmanfilteringalgorithmtointegratethenavigationdata

ofSINS/GPS/radar,soastoguidecarrier-borneaircrafttoglidedowntheshipmoreaccurately.

Moreover,acomprehensivesimulationmodelofautom