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微小型SINS/GPS组合导航系统研究

作　者: 王巍
导　师: 伊国兴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 捷联惯导 SINS/GPS组合导航系统 卡尔曼滤波 DSP
分类号: V249.328
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 183次
引　用: 1次
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内容摘要


随着航空、航天和航海技术的发展,对导航系统的性能要求越来越高,单一的导航系统已经无法满足工程应用的要求,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。本文在综合分析捷联惯导系统和组合导航系统基本理论的基础上,研究了易于工程实现的组合导航系统信息融合技术,提出了一种基于DSP的微小型SINS/GPS组合导航系统方案,并完成了组合导航系统的软、硬件设计及实验分析验证。论文首先按照导航系统的要求,选择了系统所用导航传感器,设计了微机械惯性器件的安装夹具,以保证装配精度,并针对微机械惯性器件的确定性误差建立了误差模型,进行了整体标定实验。其次,研究了捷联惯性导航系统(SINS)的工作原理,讨论了捷联惯导系统的力学编排和误差分析。系统地研究了组合导航系统中的信息融合技术,深入研究了基于误差四元数并采用卡尔曼滤波技术的组合姿态确定算法,以及位置、速度组合模式的SINS/GPS信息融合算法,并设计导航算法进行了仿真。仿真结果表明设计的卡尔曼滤波器能提高组合导航系统性能。最后,设计了以DSP为核心的微小型SINS/GPS组合导航系统方案,并完成了组合导航系统各个模块的软硬件具体设计与实现。采用静态实验对组合导航系统进行性能检验,对SINS系统及组合导航系统的误差进行了分析。实验结果表明了从导航系统的设计到相应数据融合处理算法的有效性,且采用组合导航后,系统的性能有明显的提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 论文研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 微惯性器件发展概况  10-11
    1.2.2 磁强计发展概况  11-12
    1.2.3 惯性导航系统概况  12
    1.2.4 GPS全球定位系统概况  12-13
    1.2.5 组合导航系统概况  13
  1.3 研究内容及章节安排  13-15
第2章 传感器性能测试  15-25
  2.1 传感器型号选择及整体装配  15-16
    2.1.1 传感器型号选择  15
    2.1.2 微惯性测量单元的整体装配  15-16
  2.2 惯性传感器的器件级标定  16-18
    2.2.1 微机械陀螺仪的标定  16-17
    2.2.2 微机械加速度计的标定  17-18
  2.3 微惯性测量单元的整体标定  18-24
    2.3.1 惯性器件的输出模型方程  19-20
    2.3.2 整体标定方法  20-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 捷联惯性导航系统原理  25-37
  3.1 捷联惯性导航系统基本原理  25-26
  3.2 捷联惯性导航常用坐标系  26-27
  3.3 捷联惯性导航系统的力学编排  27-33
    3.3.1 姿态矩阵计算  28-30
    3.3.2 速度计算  30-31
    3.3.3 位置计算  31-33
  3.4 捷联惯导系统的误差分析  33-36
    3.4.1 惯性器件的误差模型  33-34
    3.4.2 平台误差角方程  34-35
    3.4.3 速度误差方程  35-36
    3.4.4 位置误差方程  36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 组合导航系统信息融合算法设计  37-58
  4.1 信息融合  37-38
    4.1.1 信息融合原理  37
    4.1.2 信息融合方法  37-38
  4.2 卡尔曼滤波  38-42
    4.2.1 线性离散系统的卡尔曼滤波方程  39-41
    4.2.2 卡尔曼滤波器的结构  41-42
  4.3 组合导航卡尔曼滤波器设计  42-50
    4.3.1 组合姿态卡尔曼滤波器设计  42-46
    4.3.2 SINS/GPS组合卡尔曼滤波器设计  46-50
  4.4 组合导航系统仿真实验  50-57
    4.4.1 仿真轨迹及仿真条件的设置  50-51
    4.4.2 仿真结果  51-57
  4.5 本章总结  57-58
第5章 组合导航系统设计及实验研究  58-78
  5.1 系统总体设计  58-60
  5.2 系统硬件设计  60-67
    5.2.1 导航数据处理子系统设计  60-62
    5.2.2 数据采集子系统设计  62-66
    5.2.3 数据通信子系统设计  66
    5.2.4 电源子系统设计  66-67
  5.3 系统软件设计  67-71
    5.3.1 数据采集程序设计  68-69
    5.3.2 导航数据处理软件设计  69-71
  5.4 组合导航系统实验研究  71-77
    5.4.1 捷联惯导系统实验  72-74
    5.4.2 SINS/GPS组合导航静态实验  74-77
  5.5 本章小结  77-78
结论  78-79
参考文献  79-84
致谢  84

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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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