本文研究了弹道导弹在自由飞行阶段的自主导航问题。由于惯导系统存在长期飞行后弹道确定偏差越来越大的问题,通过更新惯导系统的初始状态显然能有效提高这一系统的性能。本文提出一个利用日、地、月方位信息的导航算法来完成这一任务,并利用数学仿真以及DSP平台实时仿真验证了这一导航算法的可行性与实用性。弹道导弹利用日、地、月方位信息确定位置信息是基于一个明显的事实:当“月-弹-地”夹角和“日-弹-地”夹角确定时,再加上日、月在地球惯性坐标系下的已知方位,那么导弹的几何位置就唯一确定了。但是,这一几何定位方法的误差较大,并且在同一时刻需要完整的观测信息才能确定出位置信息。本文提出了一个利用敏感器观测模型及导弹动力学模型的动态确定弹道的序贯方法。依据观测时期内“月-弹-地”夹角和“日-弹-地”夹角的观测序列,扩展卡尔曼滤波器可以解决这个非线性系统滤波的问题。这一滤波方法对高度非线性的动力学系统模型与观测模型做了线性化近似处理,并选择由弹道位置与速度分量组成的6维状态矢量及其相应的协方差阵来评估系统滤波的效果。即便在导弹飞行期间出现某一小段时间内无完整观测信息(日或月不可见)的情况时,这一序贯算法依然能够提供较好的导航精度,从而对数据缺失具有一定的鲁棒性。本文利用数学仿真检验了上述导航算法的可行性与实用性。首先,建立了在地心赤道惯性坐标系下,受各种摄动因素影响的导弹弹道动力学模型,并结合已知的弹体姿态信息与敏感器安装信息产生了模拟的观测数据序列。接着,通过在PC机上的大量仿真,研究了不同系统模型的噪声水平、不同采样频率等因素对导航精度的影响,给出了敏感器精度与导航算法能达到的导航精度之间的定量关系,说明了上述导航算法在弹道导弹自由飞行阶段的适用性。本文搭建了用DSP封装自主导航算法的地面仿真实验平台。选用了Ti公司的ICETEK-C6713—A评估板作为目标板,进行了导航算法的芯片级仿真,并将这一仿真结果与PC机下仿真结果进行了对比、分析,实验结果验证了该算法的在DSP上执行的有效性。