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组合导航中的误差处理技术

作　者: 王勇刚
导　师: 李言俊
学　校: 西北工业大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 弹簧现象 圆锥运动 舒拉摆 快速卡尔曼滤波 快速联邦滤波 Neumann展式
分类号: V249.328
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 519次
引　用: 2次
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内容摘要


在组合导航系统中,误差直接影响着系统的性能。因此,研究组合导航的误差处理问题显得尤为重要。本文针对俄罗斯的一种组合导航系统,进行了有关研究。该系统由全球导航卫星系统(GNSS)和环形激光陀螺式捷联惯导系统(SINS)组成,在技术上与我国的导航系统有很大不同。本文针对该导航系统做了以下研究工作: (1) 提出一种新的GNSS误差总公式。在研究中发现,由于GNSS系统本身参数和结构改变,加上坐标变换的问题,使得误差来源发生变化,导致原有误差公式不再适用。通过分析,文中给出了与传统GNSS误差总公式有所不同的新公式。 (2) 研究了弹簧现象。由于环形激光陀螺的特殊性,SINS会在一定条件下产生弹簧现象。本文通过分析,找到它的成因,推导出近似数学模型,发现它通过圆锥运动、动不平衡、机械结构变化和特定频带下以大加速度震动冲击的方式危害系统,使系统误差随时间急剧增大。本文利用近似数学模型,进行了仿真,证实它的危害机理和方式,并在此基础上找到解决方法。通过仿真证实该方法是可行和有效的。 (3) 提出用舒拉摆来判断SINS的性能的方法。由经典理论可知,舒拉振荡的初始相位与起始振荡时刻的惯性系统输出误差有关。本文研究表明,在一定精度条件下,可以利用每次惯性导航时舒拉振荡的初始相位来判断SINS的性能是否已经充分发挥了作用。 (4) 论文提出了一种新算法——快速联邦滤波算法。该算法在子滤波器内采用分布式组合、外积算法和序贯处理,在主滤波器内使用与原联邦滤波主滤波器大致相同的滤波算法。通过数学论证,本文为新算法引进了广义逆、变信息分配系数等新的数学方法。为计算简便,给出用Neumann展式求广义逆的方法,并为Neumann展式推导出一个强化收敛条件。作为对比,文中对快速Kalman滤波算法、快速联邦滤波算法和传统联邦滤波算法进行了仿真。仿真证明新算法既有较快的运算速度,又具有信息融合能力强和不会出现系统崩溃的优点。这些研究表明快速联邦滤波算法是有效的。

全文目录


第一章 概述  9-14
  1．1 本研究的背景、内容和意义  9-11
  1．2 GNSS／激光陀螺式SINS的简短回顾  11-12
  1．3 GNSS／激光陀螺式SINS发展现状与前景  12-14
第二章 GNSS原理及误差模型  14-28
  2．1 GNSS的发展背景  14-21
    2．1．1 关于GPS结构  14-15
    2．1．2 关于GLONASS  15-18
    2．1．3 关于INMARSAT  18-19
    2．1．4 其他卫星导航  19
    2．1．5 GNSS系统(Global Navigation Satellite System)  19
    2．1．6 GLONASS与GPS的比较  19-21
  2．2 GNSS的误差模型  21-25
    2．2．1 GNSS用于组合系统的观测量及其误差源分析  22-23
    2．2．2 GNSS可应用于组合系统的GNSS观测量及其误差源分析  23-25
  2．3 本研究中主要的GNSS误差  25-28
第三章 激光陀螺式SINS的误差模型  28-41
  3．1 坐标系问题  28-30
  3．2 激光陀螺式SINS误差问题  30-41
    3．2．1 对惯导系统所做的工作  31-36
    3．2．2 捷联惯导系统误差方程与分析  36-39
    3．2．3 舒拉摆给我们的启示  39-40
    3．2．4 惯导系统标定中的误差  40-41
第四章 组合导航的误差问题  41-55
  4．1 系统组合结构问题  41-42
  4．2 组合系统的误差状态方程  42-47
  4．3 组合系统误差估计与最优滤波的实现  47-55
    4．3．1 SINS／GNSS组合数据Kalman滤波算法的实现  48-52
    4．3．2 快速Kalman滤波算法的实现  52-55
第五章 试验、新算法提出与仿真  55-88
  5．1 试验与分析  55-62
    5．1．1 试验条件  55-56
    5．1．2 试验结果  56-61
    5．1．3 根据测试试验结果所做的更改  61-62
  5．2 原算法的推导、仿真与结论  62-73
    5．2．1 快速滤波公式  62-67
    5．2．2 快速Kalman算法的仿真  67-72
    5．2．3 快速Kalman算法的结果与分析  72-73
  5．3 快速联邦滤波的导出与仿真  73-88
    5．3．1 快速联邦滤波公式的推导  74-79
    5．3．2 本组合系统的快速联邦滤波结构  79-80
    5．3．3 快速联邦滤波的仿真  80-87
    5．3．4 仿真结论  87-88
第六章 总结  88-89
参考文献  89-92
致谢  92-93
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  93-94
西北工业大学学位论文知识产权声明书  94
西北工业大学学位论文原创性声明  94

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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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