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偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航算法研究

作　者: 李明明
导　师: 黄显林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 组合导航 联邦卡尔曼滤波 偏振光 地磁 容错性
分类号: V249.328
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 195次
引　用: 2次
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内容摘要


高精度、高可靠性和低成本是组合导航系统的基本性能指标,如何将多个较低精度的导航信息源进行融合,是设计出具有较强鲁棒性的、高精度的组合导航系统的关键技术。本文主要在综合研究现代导航系统性能以及信息融合理论的基础上,以高空无人侦察机适用的导航系统为背景,设计了偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航算法。在组合导航系统中往往使用多种采样频率不同的传感器。本论文首先对联邦卡尔曼滤波的融合策略进行改进,给出了一种适合于多采样系统的融合策略,又针对不同子滤波器的状态维数可能不同的情况,给出了“局部状态压缩”和“局部状态扩展”的方法。并应用所给出的滤波算法进行了仿真。为提高GPS/SINS组合导航系统对姿态误差的观测能力,本论文利用偏振光和地磁来增强系统的姿态测量性能。阐述了利用偏振光进行姿态观测的基本原理,推导了偏振光对平台误差的观测方程。论文提出了一种偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航方法,并进行了与GPS/SINS组合导航对比的仿真研究。结果表明,该方法具有稳定的姿态误差修正能力。为了提高偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航系统的容错性,论文的最后一部分对组合导航系统容错性设计理论进行了研究,重点研究了针对局部滤波器量测数据有效性的χ2检验法。论文研究了量测量存在野值情况下的故障检测与诊断,并基于残差χ2检验法设计了偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航系统局部滤波器故障检测隔离与重构的容错算法。仿真结果表明,该算法有效地避免了因野值而造成的系统虚警,提高了组合导航系统的容错性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9-11
  1.2 组合导航系统的发展与研究状况  11-14
    1.2.1 组合导航发展过程  11-12
    1.2.2 偏振光与地磁导航的发展现状  12-14
  1.3 卡尔曼滤波技术  14-15
  1.4 论文的主要内容  15-16
第2章 偏振光/地磁/GPS/SINS导航原理  16-36
  2.1 引言  16
  2.2 偏振光辅助姿态测量  16-21
    2.2.1 偏振光测量方法  17-19
    2.2.2 偏振光与平台误差角的关系  19-21
  2.3 地磁辅助姿态测量  21-23
    2.3.1 地磁场模型  22
    2.3.2 地磁辅助姿态测量原理  22-23
  2.4 全球定位系统(GPS)  23-25
    2.4.1 全球定位系统组成  23-24
    2.4.2 全球定位系统原理  24-25
  2.5 捷联惯导系统  25-35
    2.5.1 捷联惯导系统基本原理  25-27
    2.5.2 捷联导航系统的误差模型  27-29
    2.5.3 捷联导航系统仿真  29-35
  2.6 本章小节  35-36
第3章 偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航系统设计  36-57
  3.1 卡尔曼滤波  36-42
    3.1.1 离散型卡尔曼滤波基本方程  36-38
    3.1.2 联邦卡尔曼滤波  38-42
  3.2 导航系统多采样率滤波方法  42-44
  3.3 偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航  44-56
    3.3.1 参考系统状态方程  45-46
    3.3.2 位置速度子滤波器设计  46-49
    3.3.3 偏振光辅助定姿子滤波器设计  49-53
    3.3.4 地磁辅助定姿子滤波器设计  53
    3.3.5 偏振光/地磁/GPS/SINS组合导航仿真  53-56
  3.4 本章小节  56-57
第4章 组合导航系统故障检测及容错设计  57-70
  4.1 基于χ~2 检验的故障检测方法  57-62
    4.1.1 状态χ~2 检验法  58-59
    4.1.2 残差χ~2 检验法  59-60
    4.1.3 虚警和漏警分析  60
    4.1.4 故障检测及仿真  60-62
  4.2 存在野值时的容错设计  62-69
    4.2.1 野值处理  62
    4.2.2 组合导航系统容错设计及仿真  62-69
  4.3 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-74
附录  74-77
致谢  77

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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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