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GPS/SINS深度组合导航系统研究

作　者: 李磊
导　师: 鲍其莲
学　校: 上海交通大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: GPS/SINS 深度组合卡尔曼滤波多路径效应
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 706次
引　用: 7次
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内容摘要

捷联惯性导航系统(SINS,Strap-down Inertial Navigation System)、全球定位系统(GPS, Global Positioning System)各有其特点。GPS/SINS组合,性能互补,是高度自主性和高精度导航的重要方案。基于伪距、伪距率的GPS/SINS深度组合导航系统相对于基于速度、位置的组合导航系统具有更高的导航精度、更好的鲁棒性、抗干扰性。论文主要研究深度组合导航滤波模型,利用SINS辅助GPS在可见星不足情况下实现定位。同时利用SINS判断出多路径效应,消除多路径效应的影响,实现高精度的定位。论文首先简单阐述了导航系统的发展概况,GPS/SINS组合导航系统的特点,国内外深度组合的发展现状,以及组合导航系统的信息融合理论;分别对组合导航子系统(GPS和捷联惯性导航系统)的原理和误差进行分析,并且介绍了多路径效应的原理,产生原因和常见消弱多路径效应的方法。其次,以GPS系统和捷联惯导系统误差方程为基础,建立深度组合导航系统误差模型,设计出GPS/SINS深度组合仿真系统。研究深度组合导航中的信息融合技术,重点研究了离散卡尔曼滤波、自适应卡尔曼滤波和平淡卡尔曼滤波方法,并对不同滤波方法的定位精度进行比较。从仿真结果中看出,平淡卡尔曼滤波的精度最高,因此选择平淡卡尔曼滤波作为深度组合导航系统的滤波模型。然后,在GPS可见星不足的情况下,利用SINS辅助定位,通过设计的实验比较,发现在可见星不足(3颗星)的情况下,GPS/SINS深度组合模型能够实现短暂的精确定位。最后,利用SINS辅助判断多路径效应,通过SINS推算出下一时刻的伪距、伪距率。通过对伪距、伪距率范围的确定,可以判定受到多路径效应影响的卫星。在定位解算时,去除此颗卫星,用GPS/SINS深度组合导航系统模型,消除多路径效应的影响,实现高精度的定位。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 引言  11
  1.2 导航系统的发展简介  11-15
    1.2.1 惯性导航系统发展简介  11-12
    1.2.2 卫星导航系统发展简介  12-13
    1.2.3 GPS/SINS 组合导航系统发展简介  13-15
  1.3 GPS/INS深度组合系统研究现状概述  15-19
  1.4 GPS/SINS信息融合方法概述  19
  1.5 研究内容和意义  19-20
  1.6 论文章节介绍  20-21
第二章导航子系统导航原理与误差分析  21-40
  2.1 GPS系统导航定位原理  21-26
    2.1.1 GPS系统构成  21-22
    2.1.2 伪距量测原理  22-23
    2.1.3 载波相位测量原理  23
    2.1.4 多普勒测量原理  23-24
    2.1.5 GPS系统误差分析  24-26
  2.2 捷联惯性导航系统原理  26-35
    2.2.1 概述  26-27
    2.2.2 捷联惯导系统力学编排  27-32
    2.2.3 捷联惯性导航系统程序编排  32-33
    2.2.4 捷联惯导的误差分析  33-35
  2.3 多路径效应分析  35-39
    2.3.1 多路径效应的原理  35-37
    2.3.2 多路径效应数值分析  37-38
    2.3.3 消弱多路径效应方法  38-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章 GPS/SINS深度组合导航系统设计  40-60
  3.1 GPS/SINS组合导航系统概述  40-42
  3.2 GPS/SINS深度组合系统误差模型  42-45
    3.2.1 惯性系统误差模型  42-45
    3.2.2 GPS误差模型  45
  3.3 深度组合导航系统方程建立  45-52
    3.3.1 组合导航系统状态方程建立  45-48
    3.3.2 系统量测方程建立  48-52
  3.4 组合滤波算法设计  52-58
    3.4.1 离散卡尔曼组合滤波算法设计  52-55
    3.4.2 自适应卡尔曼组合滤波算法设计  55-57
    3.4.3 平淡卡尔曼组合滤波算法设计  57-58
  3.5 本章小结  58-60
第四章深度组合导航系统仿真系统设计  60-74
  4.1 深度组合导航系统仿真系统总体设计  60
  4.2 轨迹发生器设计  60-64
    4.2.1 概述  60-61
    4.2.2 姿态数据生成算法  61
    4.2.3 轨迹数据生成算法  61-64
  4.3 SINS仿真系统设计  64-66
    4.3.1 陀螺仪仿真器  64-66
    4.3.2 加速度计仿真器  66
  4.4 GPS仿真系统设计  66-70
    4.4.1 卫星星座仿真  67-69
    4.4.2 仿真卫星接收机的解算过程  69-70
  4.5 实验结果与仿真  70-73
  4.6 本章小结  73-74
第五章 SINS辅助GPS定位研究  74-81
  5.1 可见星数目不足下的SINS辅助定位研究  74-77
    5.1.1 辅助定位原理  74
    5.1.2 仿真实验与结果分析  74-77
  5.2 基于SINS的多路径效应消除方法研究  77-80
    5.2.1 SINS消除多路径效应原理  77
    5.2.2 仿真实验与结果分析  77-80
  5.3 本章小结  80-81
第六章总结与展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间发表的论文  88-89
上海交通大学学位论文答辩决议书  89

GPS/SINS深度组合导航系统研究

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