论文题目: 小波分析在车载激光陀螺定位定向系统中的应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制科学与工程
作者: 时伟
导师: 贺汉根
关键词: 自主驾驶车,小波变换,滤波,前向线性预测,机抖激光陀螺,初始对准,组合导航
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文主要研究了小波变换在自主驾驶车(Autonomous Land Vehicle,ALV)定位定向系统中的应用,将小波变换方法与前向线性预测、Kalman滤波相结合,对机抖激光陀螺和加速度计输出信号进行滤波预处理,并应用于捷联惯导系统初始对准和DGPS/DR(Differencial Global Positioning System/Dead Reckoning)组合导航中。本文主要在以下几个方面做了研究:(1)研究了信号多尺度去噪和动态系统多尺度估计问题:在现有算法的基础上,提出了一种改进的小波递归阈值去噪算法;根据小波多尺度分析理论,提出了一种基于卷积型小波变换的多尺度前向线性预测算法;根据动态系统多尺度Kalman估计理论,设计了一个具有实时分解和估计的多尺度Kalman滤波框架,同时,提出了一种基于小波变换的测量噪声预处理方法。(2)针对不同环境下的机抖激光陀螺信号,研究了小波基函数选取及其最佳分解尺度问题。(3)根据噪声和信号的小波系数随尺度变化而表现出的不同特性,提出了一种基于多尺度小波系数乘积的检测算法。同时,将研究得到的结论应用于ALV捷联惯导系统初始对准和DGPS/DR组合导航系统中,并在以下方面做了工作。(1)将小波检测算法应用于捷联惯导系统寻北过程中,ALV车载试验表明小波检测能很好地检测到外界的干扰;将多尺度前向线性预测和多尺度Kalman滤波应用于机抖激光陀螺信号预处理中,三轴转台和车载试验表明:两种算法都起到了较好的滤波作用;将多尺度Kalman滤波应用于初始精对准中,ALV车载试验表明:多尺度Kalman滤波可以进一步提高系统对方位角的估计性能。(2)将多尺度Kalman滤波应用于DR自主导航和DGPS/DR组合导航中,设计了基于多尺度Kalman滤波的自主导航和组合导航航位估计算法,半实物仿真和车载试验表明:多尺度Kalman滤波可以进一步提高航位估计精度。(3)提出基于小波多尺度分析的DR误差估计算法,车载试验表明使用小波多尺度分析的误差估计算法可以有效地提高DGPS/DR组合导航的精度。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
插图和附表索引
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 捷联惯导系统的初始对准
1.2.1 捷联惯性导航系统初始对准误差因素
1.2.2 捷联惯性导航系统初始对准的发展概况
1.2.3 滤波理论在SINS 初始对准中的应用
1.2.4 小波分析在SINS 初始对准中的应用
1.3 车辆GPS/DR 组合导航技术
1.3.1 车辆GPS/DR 组合导航技术发展
1.3.2 车辆组合导航数据融合
1.4 论文的研究内容与贡献
1.4.1 论文研究的主要内容
1.4.2 论文研究的主要贡献
第二章 小波基本理论
2.1 经典小波分析理论基础
2.1.1 傅立叶变换与短时傅立叶变换
2.1.2 连续小波变换
2.1.3 二进小波变换
2.1.4 离散小波变换与框架
2.1.5 小波基与小波分类
2.1.6 小波多尺度分析
2.2 卷积型小波变换
2.2.1 卷积型信号多尺度分解
2.2.2 卷积型信号多尺度重构
2.2.3 频率窗口特性
2.2.4 非平稳信号小波分析
2.3 离散正交的有限区间小波变换
2.3.1 有限长度信号的正交变换
2.3.2 离散正交的有限区间小波变换
2.4 本章小结
第三章 信号多尺度去噪和动态系统多尺度估计
3.1 小波去噪原理
3.1.1 小波去噪的基本原理
3.1.2 小波去噪方法的分类
3.2 小波阈值去噪
3.2.1 小波阈值去噪算法
3.2.2 小波递归阈值去噪算法
3.2.3 改进的小波递归阈值去噪算法
3.2.4 改进的小波递归阈值去噪算法仿真
3.3 多尺度前向线性预测去噪
3.3.1 前向线性预测
3.3.2 多尺度前向线性预测
3.3.3 改进的多尺度前向线性预测
3.3.4 算法验证
3.4 动态系统多尺度Kalman 滤波
3.4.1 有限长度信号的区间小波变换
3.4.2 线性动态系统的区间小波变换
3.4.3 区间小波变换域Kalman 滤波器设计
3.4.4 INV-DWT-KF 的实时分解和估计
3.4.5 INV-DWT-KF 算法收敛性和复杂性分析
3.4.6 INV-DWT-KF 测量信息预处理
3.4.7 算法验证
3.5 本章小结
第四章 激光陀螺漂移信号的小波基函数选取
4.1 激光陀螺误差特性
4.1.1 激光陀螺误差因素
4.1.2 机抖激光陀螺随机误差
4.2 小波基的选取
4.2.1 小波基的选取原则
4.2.2 多尺度滤波的信息熵
4.2.3 机抖激光陀螺信号滤波的小波基选取
4.3 本章小结
第五章 小波域滤波算法在车载SINS 初始对准中的应用
5.1 基座角振动情况下的陀螺测量信号分析
5.1.1 陀螺测量信号的小波分析
5.2 小波检测在捷联寻北中的应用
5.2.1 Trigg 和Leach 方法简介
5.2.2 小波检测信号的构造
5.2.3 车载试验
5.3 捷联寻北过程中的IMU 测量信号预处理
5.3.1 INV-DWT-KF 在IMU 测量信号预处理中的应用
5.3.2 多尺度前向线性预测在陀螺信号预处理中的应用
5.3.3 结论
5.4 INV-DWT-KF 在SINS 精对准中的应用
5.4.1 静基座对准的线性模型
5.4.2 可观性分析
5.4.3 多尺度精对准试验
5.5 本章小结
第六章 小波域滤波算法在DGPS/DR 组合导航系统中的应用
6.1 自主驾驶车定位定向系统
6.1.1 系统组成
6.1.2 误差因素和组合方案
6.2 车辆DR 航位估计滤波器设计
6.2.1 系统方程的建立
6.2.2 观测方程的建立
6.2.3 DR 航位估计Kalman 滤波方程的建立
6.3 车辆DGPS/DR 组合航位估计滤波器设计
6.3.1 组合导航航位估计时需要考虑的问题
6.3.2 局部滤波器（LF1）设计
6.3.3 局部滤波器（LF2）设计
6.3.4 最优滤波器（MF）设计
6.3.5 信息分配系数β1 、β2 的选择
6.4 自适应INV-DWT-KF 在航位估计中的应用
6.4.1 INV-DWT-KF 航位推算算法
6.4.2 测量噪声预处理
6.4.3 半实物仿真
6.4.4 自主导航车载试验
6.5 DR 自主导航误差估计、拟合与修正
6.5.1 自主导航误差信号的小波多尺度估计
6.5.2 自主导航误差信号多项式拟合
6.5.3 自主导航误差修正
6.5.4 DGPS/DR 组合导航车载试验
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文总结
7.2 课题展望
致谢
作者在攻读博士学位期间发表及投稿论文
作者在攻读博士学位期间参加的科研工作
参考文献
发布时间: 2007-10-18
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标签：自主驾驶车论文; 小波变换论文; 滤波论文; 前向线性预测论文; 机抖激光陀螺论文; 初始对准论文; 组合导航论文;