惯导/GPS/磁罗盘组合导航方法研究

论文摘要

随着对导航系统性能要求的提高,单一的导航系统难以满足工程应用的要求,组合导航已成为当前最重要的导航系统解决方案。SINS/GPS组合导航是常用的车载导航方式,但该组合对SINS航向角累积误差的修正能力有限,磁罗盘提供的航向信息无累积误差,可以利用磁罗盘与SINS、GPS进行组合,提高航向角的估计精度。为此,本文在磁罗盘罗差补偿研究的基础上,对SINS/GPS/磁罗盘组合导航系统进行了开发。本文的主要研究内容如下:首先,建立了SINS/GPS/磁罗盘组合导航系统的数学模型。将SINS作为主系统,给出了组合导航系统的状态方程,并分别建立了SINS/GPS和SINS/磁罗盘两个子系统的量测方程。其次,研究了磁罗盘的罗差补偿算法,在八位置最小二乘法的基础上,进一步考虑干扰磁场对原始磁场的影响,提出了椭圆假设补偿法,给出了椭圆假设系数的求解方法;采用差分磁罗盘的方案,结合阈值判断的方法,给出了磁罗盘在磁干扰条件下的有效性判断方法,并进行了仿真分析。然后,基于容错性考虑,设计了SINS/GPS/磁罗盘组合导航系统的联邦滤波结构,分析了信息分配系数对滤波精度和容错性的影响,并对子系统故障时的性能进行了仿真分析。最后,进行了SINS/GPS/磁罗盘组合导航系统的软、硬件研制及实验研究,实验结果说明了本文所研究方法的有效性和所设计组合导航系统的可用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 SINS/GPS/磁罗盘组合导航数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 捷联惯性导航系统力学编排
• 2.3 捷联惯导误差方程
• 2.4 组合导航系统数学模型
• 2.4.1 SINS/GPS组合系统数学模型
• 2.4.2 SINS/磁罗盘组合系统数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁罗盘罗差补偿算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 罗差分析
• 3.3 罗差补偿算法
• 3.3.1 八位置最小二乘法
• 3.3.2 椭圆假设补偿法
• 3.4 差分磁罗盘的设计
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 SINS/GPS/磁罗盘组合导航滤波器设计
• 4.1 引言
• 4.2 联合卡尔曼滤波算法与结构分析
• 4.2.1 滤波算法
• 4.2.2 联合滤波器的结构方式
• 4.3 联合滤波信息分配方法分析
• 4.3.1 分配系数对滤波器精度的影响
• 4.3.2 分配系数对容错性的影响
• 4.4 组合导航系统联合滤波结构设计
• 4.5 仿真结果与分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 组合导航系统实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 组合导航系统总体设计
• 5.2.1 实验系统硬件组成
• 5.2.2 实验系统软件设计
• 5.3 组合导航系统实验及分析
• 5.3.1 静态实验结果
• 5.3.2 动态实验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢