基于通用GIS的SINS/MM/GM组合导航技术研究

论文摘要

在现代军事领域,研究高性能的导航系统意义重大,其可实时获取飞行器的位置、速度和姿态等导航信息,是飞行器安全运行的可靠保障,具有重要的军事应用价值。对于一些导航系统,其在工作中需要提供外部参考信息,而这些信息在载体中均存储于各自的专有数据库中,因缺乏有效的统一管理,随着所需信息种类的增多,其会给处理器和数据总线带来沉重负担,同时也会影响导航数据的实时性解算。针对以上问题,本文提出了SINS/通用GIS组合导航技术方案,并着重针对基于通用GIS的SINS/MM/GM组合导航技术展开研究。首先,本文针对常规GIS的结构组成和管理模式进行分析,并对其进行推广性研究,提出了通用GIS这一概念,并对通用地理空间信息的扩充方案展开研究,阐述了通用GIS数据的压缩和存储方式,引入了地图、地磁、重力场、天文等基准参考信息,并利用GIS的空间存储和管理技术优势对各种信息进行统一化管理,在飞行器制导中,可根据实际导航系统需求,选择合适的地理空间信息应用于导航系统中,从而实现高精度的定位。继而,在此基础上,基于通用GIS分别研究了两种典型的匹配导航方式,即数字影像匹配辅导惯性导航技术和惯性/地磁组合导航技术。对于数字影像匹配辅助惯性导航系统,文中提出了数字影像与GIS矢量数据的匹配方法,构建了组合导航的数学模型,考虑到图像匹配得到的位置与惯导中心位置存在差异,对图像匹配过程中的量测参数传递过程展开深入研究,建立了具体参数传递模型,为进一步提高组合导航精度提供了保障。对于惯性/地磁组合导航系统,文中在构建GIS地磁基准库的基础上研究了多种地磁匹配导航算法,并对各种算法进行计算机仿真研究,继而研究了惯性/地磁信息融合方法。最后,着重对基于联合卡尔曼滤波技术的INS/通用GIS组合导航系统展开研究。首先,针对联合卡尔曼滤波技术及其在组合导航中的应用展开研究,然后根据系统实际需求,引入自适应联合滤波技术,并针对常规自适应信息分配因子的不足之处,分别从系统内外层面上,基于协方差分块矩阵迹和基于可观性矩阵条件数进行了信息分配因子的改进研究,继而提出改进的自适应联合滤波信息分配因子的配置方法。仿真结果表明,本文所提出的组合导航技术方案是合理可行的,具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 GIS 的现状与发展
• 1.2.1 GIS 的发展历程
• 1.2.2 GIS 的应用现状
• 1.2.3 GIS 的发展趋势
• 1.3 多信息融合技术概况
• 1.4 课题主要内容及组织编排
• 第二章 通用地理空间信息在SINS/GIS 组合导航中的应用研究
• 2.1 引言
• 2.2 常规GIS 结构组成分析
• 2.2.1 地理信息系统的组成
• 2.2.2 地理空间数据及其特征
• 2.3 通用地理空间信息扩充方案研究
• 2.3.1 空间数据的分层体制
• 2.3.2 通用地理空间信息扩充方案
• 2.3.3 属性数据存储方式研究
• 2.3.4 GIS 数据压缩策略研究
• 2.4 SINS/通用GIS 组合导航技术方案研究
• 2.5 导航坐标系的定义及其变换
• 2.6 本章小结
• 第三章 数字影像匹配辅助惯性导航系统研究
• 3.1 引言
• 3.2 数字影像匹配辅助惯性导航基本原理分析
• 3.3 数字影像匹配获取导航信息方法研究
• 3.3.1 数字影像与GIS 矢量数据匹配方案研究
• 3.3.2 影像图片的矢量化处理
• 3.3.3 数字影像匹配误差来源分析
• 3.4 数字影像辅助惯性导航系统研究
• 3.4.1 系统状态方程的构建
• 3.4.2 系统量测方程的建立
• 3.4.3 量测参数传递过程分析
• 3.5 系统仿真研究与性能分析
• 3.5.1 仿真条件设定
• 3.5.2 仿真结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 惯性/地磁组合导航匹配滤波算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 地磁场模型研究及特性分析
• 4.2.1 地磁场模型仿真研究
• 4.2.2 高度对地磁的影响
• 4.3 地磁匹配导航算法研究
• 4.3.1 地磁导航概述
• 4.3.2 地磁匹配工作流程
• 4.3.3 地磁匹配算法研究
• 4.3.4 地磁匹配的仿真实现
• 4.3.5 地磁匹配的仿真分析
• 4.4 惯导/地磁数据融合方法研究
• 4.4.1 惯导/地磁组合导航原理
• 4.4.2 惯导/地磁数据融合算法
• 4.4.3 系统仿真研究与性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 SINS/通用GIS 组合导航技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于联合滤波的SINS/通用GIS 组合导航系统研究
• 5.2.1 联合卡尔曼滤波技术
• 5.2.2 联合滤波技术在SINS/通用GIS 组合导航系统中的应用
• 5.3 自适应联合滤波技术研究
• 5.3.1 基于特征值分解的自适应信息融合算法研究
• 5.3.2 组合导航中自适应联合滤波方法改进研究
• 5.4 系统仿真研究与性能分析
• 5.4.1 仿真条件设定
• 5.4.2 仿真结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文主要工作总结
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文