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基于光纤陀螺的定位定向系统的设计与研究

作　者: 于俏
导　师: 曾建辉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航制导与控制
关键词: 定位定向组合导航 SINS/GPS
分类号: TN967.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

采用组合导航方式的定位定向系统以其高精度、低成本的特点被逐渐应用于各相关领域,而这其中的一个发展方向就是以捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System, SINS)与全球定位系统(Global Positioning System, GPS)相结合构成的组合导航系统。SINS与GPS具有很强的互补性,将两种导航方式进行充分的组合可满足高精度、高连续性、高可靠性的导航需求。光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的光电式传感器,可测量得到高精度的角速度值,为定位定向系统提供高精度的角度信息。本论文针对基于光纤陀螺的定位定向系统及SINS与GPS组合导航系统的信息融合进行了设计与研究,内容主要包括以下几个方面：1.本文首先分析了选题的研究背景和意义,简要介绍了捷联惯性导航系统、全球定位系统和SINS/GPS组合导航系统的发展概况,同时对光纤陀螺仪的发展概况及特点进行了简单的说明。2.阐述了SINS/GPS组合导航系统按组合方式分类得到的三种类型：松散组合、紧密组合和超紧组合方式。同时,对这三种导航系统组合方式的基本结构和工作过程进行了分析和比较,为SINS与GPS的数据融合提供了理论支持。3.对系统硬件部分做出了整体设计,并简要阐述了所设计出的硬件系统结构,同时对系统中测量器件的选择标准做了介绍：具体介绍了系统中光纤陀螺仪、加速度计、GPS接收机和FPGA的器件工作原理、性能特点,最后根据硬件设计时对元器件选型依据和要点,选择了适合系统的相关元器件。4.对系统算法进行了研究并对软件进行了设计,讨论了寻北的原理和方法；分别对捷联惯导系统和GPS系统的导航算法进行了分析,建立了数学模型；通过对Kalman滤波算法的阐述,建立了SINS/GPS组合导航系统卡尔曼滤波器的数学模型并就软件方面进行了设计。5.在对系统调试通过后,对系统进行了系列实验。实验包括：(1)对系统中的惯性测量器件进行了标定实验；(2)对系统进行了寻北的相关实验,包括重复性实验和四位置实验,通过实验证实了系统寻北的稳定性和坐标系中四个不同象限上的寻北能力；(3)对SINS/GPS组合导航系统进行了静态实验,证明了系统能够完成定位定向的任务,组合导航系统的导航解算正确。

基于光纤陀螺的定位定向系统的设计与研究

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