基于NC-NET的多导航体组网导航关键技术研究

Cooperation of navigation carriers based on wireless network architecture is an important approach for navigation system to overcome the bottleneck between efficiency and investment, thus is a promising direction for the continuation of navigation theory. The innovation of this research is to apply wireless network theory into navigation technique, and the study starts from designing an all-purpose navigation carrier sensor networks (NC-NET), on which we research the key issues in networked navigation theory item-by-item. Finally, the research can form a basic theory architecture for networked navigation, which is composed of network architecture and key protocols, networked navigation scheme and related algorithms, QoS and optimization strategies. The main contents of the study include: (1) As to the navigation and localization requirement of navigation carrier, an all-purpose NC-NET protocol architecture is proposed, and related mechanisms are designed hierarchically. (2) Based on NC-NET architecture, a set of networked navigation's schemes are presented, and related algorithms are deduced in terms of state estimation and fusion. (3) QoS architecture is established based on information theories, and optimization strategy for navigation algorithms are designed based on control theories. (4) According to a specific application, the performance of NC-NET is verified by theoretical analysis and simulation, and experimental flat-form will be designed. The results of this research can provide some theoretical supports for military fields of cooperative navigation and intelligent traffic in the scenarios of GNSS-challenge or system failure, and for civil fields in terms of resource monitor, vehicle navigation, and intelligent traffic.

无线网络体系下的信源协作是导航系统突破"效能与成本"瓶颈的一个重要途径，也是导航理论深化与拓展的一个新兴方向。本项目拟将网络理论引入导航技术，从构建通用的导航体传感器网络（NC-NET）入手，对组网导航理论及其关键科学问题开展研究，形成涵盖协议架构与关键机制、组网导航方案与核心算法、QoS体系与优化机制的技术基础。具体研究内容为：（1）针对载体导航定位需求，提出普适的NC-NET协议架构与相关机制；（2）基于NC-NET体系，设计组网导航模式体系与信息融合算法；（3）结合信息学与控制论，研究QoS体系与导航优化方案；（4）基于具体应用背景，分析NC-NET组网导航的性能，设计模拟实验平台，并进行仿真检验。本项目的研究成果可为GNSS使用受限甚至自导航系统失效时的载体协作导航、信息协同等军事用途，以及资源监控、车船导航、智能交通等民用领域的实用化提供一定的理论与技术支撑。

本项目针对集群运动平台对新体制导航技术的特殊要求，开展了基于导航传感器网络（NC-NET）的多运动体组网导航技术研究，项目从分析当今导航技术体系中单平台自主导航技术遭遇的瓶颈问题，以及研究新型的多导航体网络体系结构的基础理论着手，创新性地提出多运动体组网导航理论，构建了适用于集群运动体协同的组网导航理论体系框架，并对其关键技术进行了系统地研究。.项目在执行过程中首先完成了集群运动环境和协同信源特性对运动体组网需求和协同导航机理的研究，建立了组网导航技术的理论基础和总体框架；其次，针对组网导航运动体的通信网络基础问题，创建了以导航信息共享为核心的NC-NET网络框架，设计并验证了关键的组网协议和共性机制；再次，基于NC-NET辅助信息的获取特点，提出了一系列组网导航新方案和新模式；此后，针对多种导航场景下的网络约束，推导并验证了组网导航系统的多种融合估计算法；此外，课题中还初步探索了组网信源环境下集群飞行器的姿态确定与姿态估计问题，推导并验证了多种组网姿态估计算法；然后，针对组网导航系统的QoS机制和容错控制问题，提出了针对线性/非线性组网导航系统的多种故障检测、容错控制和最优估计方案；最后，基于上述研究成果研发完成了组网导航技术的原理样机，并进行了系统性地试验验证。.项目在研究过程中，在国内外著名期刊及会议发表论文69篇，其中SCI检索论文15篇，EI检索论文25篇，中文核心期刊论文34篇；申请国家/国防专利11项（其中已获授权3项），出版/待出版英文学术专著4部，获2017年度山东省研究生优秀科技创新成果二等奖1项，获2018年度国防科技进步三等奖1项。圆满完成了项目的各项研究计划。.项目按计划完成了预期研究内容，达到了预期研究目标，获得了预期研究成果，其成果可为我国军用/民用运动平台的集群运动与协同、组网定位与导航等任务提供理论与技术支撑。