学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

容错多传感器组合导航系统算法研究及仿真实现

作　者: 陈海明
导　师: 熊智
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 组合导航卡尔曼滤波故障检测联邦滤波信息融合仿真实验平台
分类号: V249.328
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 213次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着电子信息技术的高速发展,现代战场环境日趋复杂化,包括GPS、北斗、GLONASS以及伽利略导航系统在内的各种无线电导航系统容易受到敌方强电磁干扰,天文导航系统需要观测到星光才能工作,地形辅助导航系统受到地域和计算机存储地图容量的限制,这些不利的因素导致依靠单一的导航传感器无法确保完全满足导航系统的正常可靠工作,当导航信息输出发生故障时,会影响整个导航系统的精度和可靠性;结合高空长航无人机的应用背景和工作特点,其对导航系统长时间的高可靠性和高精度性要求较高,所以单一的组合导航模式不能满足其工作的需求,为此,论文针对高空长航无人机的工作特点设计了相应的惯性/多传感器组合导航系统容错方案,并对具体的惯性/多传感器组合导航融合算法和传感器故障检测算法进行了深入研究,在此基础上设计了基于分布式网络结构的惯性/多传感器容错组合导航系统仿真实验平台,从而为未来多信息融合导航算法在高空长航无人机的工程应用奠定了一定的理论基础。论文首先结合高空长航无人机的应用背景和工作特性,以惯性导航系统、天文导航系统、GPS和SAR图像匹配导航系统为基础,对组合导航系统融合算法进行了详细深入的研究,首先根据各导航传感器的误差特性建立相应的状态方程和量测方程,然后建立相应的卡尔曼滤波模型,最后通过算法仿真验证了所提出的融合算法的可行性和有效性。其次论文针对传感器工作过程中容易出现故障的问题,对传感器故障检测算法进行了深入研究,针对残差χ~2检测算法对小值的故障信息检测灵敏度较低的缺点,提出了一种基于特征值提取的改进故障检测算法,并通过仿真验证了该算法对小值的故障信息检测灵敏度明显好于残差χ~2检测算法,该改进算法有利于进一步提高导航系统的精度和可靠性。最后,论文在前面研究的惯性/多传感器组合导航系统容错方案、多信息融合算法以及传感器故障检测算法的基础上,设计并实现了基于分布式网络结构的惯性/多传感器容错组合导航系统仿真实验平台,该实验平台由惯性传感器仿真子系统、多传感器仿真子系统、融合与控制子系统以及显示子系统4个部分组成,该仿真实验平台可以对多种导航传感器组合模式下的融合算法进行仿真研究,仿真实验平台的灵活性和适应性较强,最后通过系统仿真验证了该实验平台的可行性和有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
图清单  10-13
表清单  13-14
注释表  14-15
第一章绪论  15-22
  1.1 课题的研究背景  15-16
  1.2 高空长航无人机发展现状  16-17
  1.3 组合导航技术的发展  17-19
  1.4 论文研究的目的和意义  19-20
  1.5 论文的主要研究内容  20-22
第二章惯性/多传感器组合导航系统融合算法研究  22-36
  2.1 引言  22
  2.2 惯性/天文/GPS/SAR 图像匹配多信息融合组合导航系统方案设计  22-23
  2.3 惯性/天文/GPS/SAR 图像匹配组合导航系统算法建模  23-27
    2.3.1 惯性/天文/GPS/SAR 图像匹配组合导航系统的状态方程  23-24
    2.3.2 惯性/天文/GPS/SAR 图像匹配组合导航系统的量测方程  24-26
    2.3.3 信息融合方程  26-27
    2.3.4 自适应信息因子分配方法研究  27
  2.4 惯性/天文/GPS/SAR 图像匹配组合导航系统仿真与分析  27-35
    2.4.1 仿真条件设置  27-28
    2.4.2 仿真结果与分析  28-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章惯性/多传感器组合导航系统故障检测算法研究  36-45
  3.1 引言  36
  3.2 惯性/天文/GPS/SAR 图像匹配组合导航故障检测方案研究  36
  3.3 残差χ~2 检测算法研究  36-41
    3.3.1 残差χ~2 检测算法  37
    3.3.2 残差χ~2 检测算法仿真与分析  37-41
  3.4 基于特征值提取的改进检测算法研究  41-44
    3.4.1 基于特征值提取的改进检测算法  41
    3.4.2 基于特征值提取的改进检测算法仿真与分析  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章惯性/多传感器组合导航系统仿真平台设计  45-61
  4.1 引言  45
  4.2 惯性/多传感器组合导航系统仿真实验平台功能设计  45-46
  4.3 惯性/多传感器组合导航系统仿真实验平台交互方案设计  46-49
    4.3.1 惯性/多传感器组合导航系统仿真实验平台交互信息设计  46-48
    4.3.2 惯性/多传感器组合导航系统仿真实验平台交互逻辑设计  48-49
  4.4 惯性/多传感器组合导航系统仿真实验平台网络功能设计  49-51
    4.4.1 基于TCP 的套接字编程研究  49-50
    4.4.2 高速局域网络交互的实现设计  50
    4.4.3 网络接口地址与端口设计  50-51
  4.5 融合与控制子系统详细设计  51-55
    4.5.1 融合与控制子系统功能设计  51-52
    4.5.2 融合与控制子系统参数配置功能设计  52-53
    4.5.3 融合与控制子系统工作流程设计  53
    4.5.4 融合与控制子系统结构设计  53-55
  4.6 导航传感器仿真子系统设计  55-58
    4.6.1 惯性传感器仿真子系统设计  55-56
    4.6.2 多传感器仿真子系统设计  56-58
  4.7 显示子系统设计  58-59
    4.7.1 显示子系统功能设计  59
    4.7.2 显示子系统工作流程设计  59
  4.8 本章小结  59-61
第五章惯性/多传感器组合导航系统仿真平台实现与性能验证  61-74
  5.1 引言  61
  5.2 惯性/多传感器组合导航系统仿真平台的具体实现  61-67
    5.2.1 融合与控制子系统仿真参数配置界面设计  61-63
    5.2.2 融合与控制子系统运行主界面设计  63
    5.2.3 导航结果数据分析功能的实现  63-64
    5.2.4 惯性传感器仿真子系统界面设计  64-65
    5.2.5 多传感器仿真子系统界面设计  65-66
    5.2.6 显示子系统界面设计  66-67
    5.2.7 惯性/多传感器组合导航系统仿真平台的实物图  67
  5.3 仿真实验平台的性能测试  67-73
    5.3.1 仿真条件设置  68-69
    5.3.2 仿真结果与分析  69-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 本文的主要工作  74-75
  6.2 后续工作展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81

容错多传感器组合导航系统算法研究及仿真实现

内容摘要

全文目录

相似论文