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GB／T 40700-2021 上面级自主导航系统设计要求.pdf简介：
GB/T 40700-2021 是中国国家标准，全称为《自主无人系统（AUVS）设计要求》，其中的"上面级自主导航系统"指的是AUVS中的高级导航模块，它负责对无人系统进行高精度的自主导航和控制。这个标准主要涵盖了以下几个方面：
1. 导航精度要求：规定了自主导航系统在不同环境和条件下的定位精度，如在室内、室外、海上等不同场景下的定位误差范围。
2. 自主性：强调系统应具备自主决策和规划能力，能在一定程度上摆脱人类干预，根据预设或实时获取的信息自主执行任务。
3. 环境适应性：要求系统能够适应各种复杂环境，如地形、气候、光照变化等，并能及时调整导航策略。
4. 通信能力：明确导航系统与地面站或其他系统的通信要求，包括数据传输速度、可靠性和安全性等。
5. 安全性：涉及系统在运行过程中的安全保障，如故障检测、应急处理机制及数据备份等。
6. 可靠性：确保系统长期稳定运行，包括硬件的耐用性、软件的鲁棒性等。
7. 性能评估：规定了对自主导航系统性能的测试和评估方法，以便于系统设计和改进。
总的来说，GB/T 40700-2021 是为了规范和提升自主导航系统的设计与开发，以确保其在工业、军事、科研等多个领域的应用效果和安全性。
GB／T 40700-2021 上面级自主导航系统设计要求.pdf部分内容预览：
上面级自主导航系统设计依据一般包括： a） 上面级自主导航系统设计任务书，包含飞行任务对自主导航的功能性要求、导航精度技术指标 要求等内容； b）运载火箭设计相关的标准与规定； C 相关系统的接口性输人文件；可靠性、安全性和质量等要求。
上面级目主导航系统设计依据一般包括： a） 上面级自主导航系统设计任务书，包含飞行任务对自主导航的功能性要求、导航精度技术指标 要求等内容； b）运载火箭设计相关的标准与规定； c）相关系统的接口性输人文件：可靠性、安全性和质量等要求
上面级自主导航系统设计原则具体为： a）先进性原则：在有效控制风险的前提下，采用具有预研基础并经验证的先进的导航理论、设计 方法和试验验证手段； b）继承性原则：在满足上面级任务约束的基础上，综合选用成熟可用的设计方案，在此基础上进 行适应分析、改进完善并进行充分试验：
DB52／T 1329-2018 北斗导航移动终端接口通用技术规范GB/T40700—2021
c）通用性原则：针对不同的任务和运载器， 上面级自主导航系统应考虑方案的通用性，
内容具体为： a）方案设计：包括设计输人条件分析、设计约束分析、导航方式的选择、余配置要求、导航坐标 系建立与使用、指标分析与分配、导航方案的确定、单机指标的提出和导航系统的组成等； b）导航算法设计：包括初始对准、惯性导航、惯性/卫星组合导航、轨道推算和惯性/星光组合导航等； c）容错设计：穴余惯性测量组合容错设计、组合导航容错设计等
内容具体为： a）方案设计：包括设计输人条件分析、设计约束分析、导航方式的选择、兀余配置要求、导航坐 系建立与使用、指标分析与分配、导航方案的确定、单机指标的提出和导航系统的组成等； b）导航算法设计：包括初始对准、惯性导航、惯性/卫星组合导航、轨道推算和惯性/星光组合导航等 c）容错设计：允余惯性测量组合容错设计、组合导航容错设计等
设计流程如图1所示。
图1上面级自主导航系统设计流程
8.1.1设计输入条件分析
方案设计主要分析如下输入条件： a) 飞行任务设计要求； b）运载火箭交班点参数； c）飞行任务的制导方案； d）飞行任务弹道
8.1.2设计约束分析
8.1.3导航方式的选择
通过对设计输人条件和设计药束的分析，选择合适的导航方式，进行导航系统方案设计，自主导航 系统方案宜采用的典型的导航方式如下： a）惯性导航； b）卫星导航； c）轨道推算； d）星光导航； X e）其他天文导航。 根据上面级自主导航系统设计输人条件、约束和任务需求，结合每种导航方式的特点进行优选形成 合适的导航方式。典型导航方式及选取原则见表1
表1典型导航方式选择表
GB/T40700—2021
表1典型导航方式选择表（续》
8.1.4穴余配置要求
根据自主导航系统可靠性要求，对关键单机进行允余配置，允余配置主要满足如下要， a）应权衡系统性能、可靠性要求； b）应考虑体积、质量、成本等因素； c）信息源应充足、独立，具有可比性； d）应针对兀余件的故障模式进行分析，采用相应的穴余方式，消除单点故障； e）若其他某些单机如卫星导航接收机、星敏感器直接影响成败，宜进行穴余配置。 穴余配置设计重点为惯性测量组合穴余配置，惯性测量组合主要余配置方式见表2
表2惯性测量组合主要亢余配置方式
8.1.5导航坐标系建立与使用
依据选择的导航方式，建立导航系统需要的坐标系，导航系统常用坐标系如下： 在起飞前建立发射坐标系，在发射坐标系进行初始对准计算，发射坐标系定义依据 GB/T32455; b 起飞后将发射坐标系固化建立发射惯性坐标系，作为导航坐标系，发射惯性坐标系定义依据 GB/T32455; 将CGCS2000（中国北斗卫星导航系统常用坐标系）或WGS84坐标系（GPS常用坐标系）的卫 星导航信息经坐标转换为发射惯性坐标系，CGCS2000坐标系和WGS84坐标系定义依据 GB/T17159;
在标准历元J2000.0地心惯性直角坐标系完成精确轨道推算，经坐标转换为发射惯性坐标系 信息，J2000.0地心惯性直角坐标系定义依据GB/T32296
8.1.6 导航方案的确定
根据设计输人条件、设计约束和选择的导航方式，结合运载火箭与上面级的总体方案，建立三自由 度或六自由度，通过数学仿真对导航系统指标进行验证分析，判断导航系统的误差传播对导航系统 精度的满足后，确定自主导航系统方案。 导航方案确定后.根据指标分配结果，提出具体的单机指标.具体要求见8.1.8
8.1.7指标分析与分配
主要要求如下： a） 逐项分析导航系统指标要求，主要分析指标要求的合理性、可实现性、技术难度和可能存在的 技术风险； b 根据设备安装偏差、单机已经或预期可达到的技术水平以及拟采用的导航方式，分配惯性导 航、星光导航、卫星导航系统的指标
8.1.8单机指标的提出
8.1.8.1箭载计算机
提供导航系统软件运行的硬件环境，采集惯性测量组合、卫星导航接收机和星敏感器等单机的 息，进行单机测量信息的融合，根据方案设计结果提出箭载计算机关键参数指标，指标值确定的主 据见表3。
表3箭载计算机主要指标要求
8.1.8.2惯性测量组合
提供初始对准、惯性导航算法的角速度和加速度的测量信息，根据方案设计结果提出惯性测量 键参数指标，指标值确定的主要依据见表4
表4惯性测量组合主要指标要求
GB/T40700—2021
表4惯性测量组合主要指标要求（续）
3.1.8.3卫星导航接收机
提供卫星导航系统定位信息和授时，根据方案设计结果提出卫星导航接收机关键参数指标，指标值 确定的主要依据见表5
星导航接收机主要指标要
8.1.8.4星敏感器
提供姿态测量信息，修正惯性测量组合姿态误差，根据方案设计结果提出星敏感器关键参数指标 值确定的主要依据见表6。
表6星敏感器主要指标要求
8.1.9 导航系统组成
图2上面级自主导航系统组成
GB/T40700—2021
8.2.1初始对准计算
8.2.1.1约束条件
初始对准设计主要考虑如下约束： a）初始对准环境条件、发射准备时间和发射流程； b）发射点大地经度、大地纬度、海拨高度： c）系统的软硬件技术水平、对准精度要求、响应时间等。
8.2.1.2计算方法
上面级一般使用自对准方法，常用对准方法选取原则和依据见表7
表7常用对准方法选取原则和依据
8.2.2.1惯性导航方程的建立
建立惯性导航方程主要考虑因素为： a）应根据飞行任务和控制系统特点选择的导航坐标系； b）应结合弹道和控制精度选定导航采样和计算周期，采样周期宜与导航周期相同，且不宜太大。
8.2.2.2初始速度位置计算
主要过程为： a）根据初始对准结果进行初始姿态计算； b）根据发射点的大地经度、大地纬度、海拔高度或地心坐标系坐标等参数计算初始速度和位置 c）结合箭载计算机的计算能力，选择地球引力的阶数，最低应考虑二阶项
8.2.2.3递推计算
惯性导航的递推步骤如下： a）根据初始姿态速度位置和角增量视速度增量信息，递推得到当前时刻姿态速度位置； b）根据事先标定得到误差系数和工具误差补偿，计算角增量和视速度增量； c）根据角增量信息，采用四元数的方式递推姿态四元数和姿态角
8.2.3惯性/卫星组合导航
惯性/卫星组合导航建机
惯性/卫星组合导航的主要建模步骤如下： a) 参考坐标系选取； b) 状态向量选取； C) 量测向量选取； d) 状态方程建立； 量测方程建立
8.2.3.2惯性/卫星组合导航滤波方法
惯性/卫星组合导航使用的主要滤波方法如下： a）卡尔曼滤波方法； b）最小二乘滤波方法
8.2.3.3时间同步方法
惯性导航系统与卫星导航系统时间同步的主要方法如下： a）卫星导航接收机频标脉冲同步方法； b）软件对时同步方法
8.2.3.4修正策略
依据各个飞行段的过载、振动环境、动态特性和惯性导航系统的误差传播特性，确定各个飞行段的 修正策略： a）明确各飞行段是否使用惯性/卫星组合导航： b）确定组合导航起止时间以及采用何种方法实现惯性/卫星组合导航
8.2.3.5修正过程
主要过程为： a）获取惯性导航系统和卫星导航系统输出信息： b）进行滤波计算求解出惯性导航系统的误差； c）对误差进行修正
8.2.4.1起算时间
轨道推算主要考虑如下因素： a）轨道推算主要应用在无动力滑行段； b）宜在主动段的后效结束后开始起算； c）若滑行段时间较短或滑行段中有大姿态调姿段应避开：
GB/T 407002021
其他导航方式不可用时
8.2.4.2推算周期
轨道推算的周期考虑的主要因素： 滑行段时间； b) 推算精度； c 箭载计算机性能； d) 具体推算周期应结合飞行任务的数学仿真确定： 推算周期宜为控制周期的整数倍
8.2.4.3推算
轨道推算主要包括： a） 地球引力； b） 月球引力； c）太阳引力； d）太阳光压； e）其他天体引力等。 一般在执行低轨发射任务宜使用六阶引力项地球引力GB／T 18241.3-2018 橡胶衬里 第3部分：浮选机衬里.pdf，执行中高轨发射任务时宜采用六阶以 上引力项地球引力、太阳引力、月球引力和太阳光压
8.2.4.4推算方法
3.2.4.5推算结果的使用
轨道推算结果使用方法如下： a）推算滑行段结束前某时刻的导航参数，利用推算结果修正此刻惯性导航参数； b）预报下一次变轨发动机点火时间和点火时刻姿态《气瓶直立道路运输技术要求 GB/T30685-2014》，在滑行段提前完成姿态调整
8.2.5惯性/星光组合导航
8.2.5.1惯性/星光组合导航建模