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SINS/GPS组合导航系统算法研究

作 者: 冯建鑫
导 师: 曾鸣
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: SINS/ GPS组合导航系统 信号重构 频域 卡尔曼滤波器
分类号: V249.328
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 364次
引 用: 1次
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内容摘要


现代运载体对导航系统的精度和可靠性提出了越来越高的要求,各种导航系统单独使用时难以满足导航性能需要,因此组合导航成为导航系统发展的趋势,捷联惯性导航系统(SINS)/GPS组合导航系统以其优越的性能成为现代导航系统发展的重要方向之一。首先,本文分别对全球定位系统和捷联惯性导航系统进行了具体的探讨,详细论述了它们各自系统组成、定位原理、误差模型和模型计算,并说明了两者组合的必要性。其次,本文深入研究了旋转矢量法。传统的旋转矢量解算对角速度一般采用多项式拟合,而实际中在高动态环境下用多项式拟合角速度的精度不高。从信号重构理论出发,研究了在对角速度信号进行频域连续重构的基础上进行旋转矢量解算,并对其在捷联惯性导航系统姿态矩阵实时求解中的应用进行了仿真。仿真结果表明,在高动态环境下新算法比传统算法更能有效地抑制不可交换误差,对于提高捷联惯性导航系统精度具有重要的意义。再次,为了满足组合导航仿真测试需要,在对飞行轨迹模型进行合理简化的基础上,论文提出了产生捷联惯导仿真系统测试用飞行轨迹数据的简化数学方法,并给出了SINS仿真数据的生成程序框图。最后,本文全面分析GPS定位系统与SINS导航系统的工作原理,误差模型,深入研究了速度、位置组合导航,建立了SINS/GPS组合导航系统数学模型,并进行了仿真。仿真结果表明卡尔曼滤波器能提高组合导航系统性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 相关技术国内外研究现状与前景  9-11
  1.3 研究内容及章节安排  11-13
第2章 导航定位系统  13-26
  2.1 GPS 定位系统  13-16
    2.1.1 GPS 定位系统的组成及其坐标系统  13-14
    2.1.2 GPS 定位系统工作原理  14-16
    2.1.3 GPS 定位系统误差分析  16
  2.2 SINS 导航系统  16-25
    2.2.1 捷联惯性导航系统常用坐标  18-19
    2.2.2 捷联惯性导航系统的基本方程—比力方程  19-20
    2.2.3 捷联惯性导航系统的力学编排  20-23
    2.2.4 惯性元件的误差  23
    2.2.5 捷联惯性导航系统误差方程  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章 基于信号频域重构的SINS 姿态算法  26-47
  3.1 信号重构  26-33
    3.1.1 基于离散傅立叶变换的连续信号重构  28-29
    3.1.2 基于离散傅立叶变换的连续信号重构误差分析  29-31
    3.1.3 基于离散傅立叶变换的连续信号重构误差补偿方法  31-33
  3.2 基于角速度频域重构的旋转矢量求解  33-46
    3.2.1 四元数与旋转矢量的关系  33-34
    3.2.2 旋转矢量微分方程的推导  34-35
    3.2.3 角增量与角速度之间的频谱转换  35-36
    3.2.4 旋转矢量解算  36-39
    3.2.5 仿真环境以及仿真结果  39-46
  3.3 本章小结  46-47
第4章 飞行轨迹数据生成与惯性器件仿真建模  47-55
  4.1 飞行轨迹数据的生成  47-50
    4.1.1 飞行轨迹数学模型  47-48
    4.1.2 飞行姿态数据生成算法  48
    4.1.3 航迹数据生成算法  48-50
  4.2 惯性器件仿真模型  50-54
    4.2.1 陀螺仪仿真器模型  50-51
    4.2.2 加速度计仿真器模型  51-54
  4.3 本章总结  54-55
第5章 卡尔曼滤波及其在组合导航系统中的应用  55-68
  5.1 SINS/GPS 组合方式  55-57
    5.1.1 松散组合  55-56
    5.1.2 紧密组合  56-57
  5.2 SINS/GPS 组合导航系统模型  57-63
    5.2.1 状态和向量的选取  58-59
    5.2.2 状态方程  59-61
    5.2.3 量测方程  61-63
  5.3 离散卡尔曼滤波技术  63-67
    5.3.1 离散型的卡尔曼滤波方程  63-66
    5.3.2 SINS/GPS 组合导航仿真条件设置和仿真结果分析  66-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
攻读学位期间发表的学术论文  72-74
致谢  74

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 导航 > 导航系统 > 组合导航系统
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