车载自主导航系统的研究

论文摘要

车载自主导航系统不需要借助任何外部信息,利用导航的初始条件便能确定各种导航参数,具有自主定位的功能,并有定位精度高、稳定性和可靠性好、快速反应能力强等特点。论文采用捷联惯导系统(SINS)为主导航系统,与航位推算(DR)系统和气压高度计组合构成车载自主导航系统。捷联惯导系统是近年来惯性技术的一个发展方向,其具有自主导航能力,抗外界干扰能力强,但存在定位误差随时间积累的问题,不能用于长时间导航。里程计用来测量车辆的行驶速度和距离,不能单独用于确定车辆的位置,必须借助于从惯性导航系统中获得的方位信息进行航位推算,组成航位推算系统。同时,在高度空间上利用气压高度计对高度定位误差进行抑制,提高系统高度通道的定位精度。论文的主要研究内容包括:1.在陀螺和加速度计均以增量形式输出的方式下,介绍了捷联惯导系统的算法编排,并介绍了适合于增量形式数据处理的捷联算法基本理论,包括四元数法、等效旋转矢量算法及圆锥误差补偿算法;在里程计采样以路程增量形式输出的方式下,推导了航位推算算法和误差方程,研究了航位推算系统误差的规律。2.对捷联惯导系统、航位推算系统误差方程进行了分析,建立卡尔曼滤波的状态方程和量测方程,给出了车载组合导航系统的滤波组合方案,试验验证其能够有效地抑制导航误差。3.对SINS/DR组合导航系统进行仿真,结果表明:捷联惯导系统与航位推算系统进行组合之后,系统的定位精度得到了很大的提高,同时,航向误差角也得到充分的估计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 捷联惯导系统的基本原理
• 2.1 地球概述
• 2.1.1 地球形状的描述
• 2.1.2 地球自转角速率
• 2.1.3 重力加速度
• 2.1.4 地球表面一点的主曲率半径
• 2.2 坐标系定义及其转换关系
• 2.2.1 坐标系的定义
• 2.2.2 坐标系之间的转换关系
• 2.3 捷联惯导系统的工作原理
• 2.3.1 捷联惯导系统的基本工作原理
• 2.3.2 捷联惯导系统的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 捷联惯导系统数字递推算法及误差方程
• 3.1 捷联惯导的姿态更新
• 3.1.1 四元数法
• 3.1.2 等效旋转矢量法
• 3.1.3 圆锥误差及其补偿算法
• 3.2 捷联惯导系统误差方程
• 3.2.1 捷联惯导系统方程
• 3.2.2 捷联惯导系统误差方程
• 3.3 捷联惯导初始对准
• 3.3.1 解析式粗对准
• 3.3.2 精对准
• 3.3.3 初始对准实验
• 3.4 本章小结
• 第4章 航位推算及其误差方程
• 4.1 航位推算算法
• 4.1.1 航位推算定位原理
• 4.1.2 里程计速度和位置解算
• 4.2 航位推算误差方程
• 4.2.1 位置误差方程
• 4.2.2 姿态误差方程
• 4.3 航位推算误差分析
• 4.4 线性离散系统的卡尔曼滤波
• 4.4.1 线性离散系统的卡尔曼滤波模型
• 4.4.2 线性离散系统的卡尔曼滤波算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 组合导航系统的设计与仿真
• 5.1 SINS/DR组合导航系统模型
• 5.2 联邦滤波器的结构
• 5.3 子滤波器的状态方程和量测方程
• 5.3.1 子滤波器1 状态方程和量测方程
• 5.3.2 子滤波器2 状态方程和量测方程
• 5.4 试验仿真及结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢