捷联惯导系统的算法研究及其仿真实现

论文摘要

捷联式导航系统是惯性导航系统中的一种,它与平台式导航系统相比具有体积小、重量轻、成本低的特点,是今后惯性导航系统的发展方向。本文首先介绍了捷联惯性导航系统(SINS)的导航原理,探讨了捷联惯性导航系统初始对准和导航解算的算法、飞行轨迹数据生成算法,然后利用MATLAB/Simulink仿真软件,对捷联惯导系统的导航工作过程进行了仿真计算。由于惯导系统导航参数的误差随着时间而积累,纯捷联惯导系统无法满足长时间、远距离的导航要求。实际中常采用GPS/SINS组合导航技术来提高系统的精度及可靠性,本文采用卡尔曼滤波方法对其进行了仿真研究。实验结果显示仿真系统工作稳定可靠,仿真结果达到预期效果。初始对准是捷联惯导系统的关键技术之一,它直接影响捷联惯导系统的导航性能。考虑到低精度的捷联惯导系统,其陀螺精度较低,初始对准时方位失准角的估计精度往往不高;另外,进行初始对准的常用方法是采用卡尔曼滤波技术,但在实际应用时,其鲁棒性不高,因此迫切需要一种能够改善低精度捷联惯导系统方位失准角的估计精度且兼具鲁棒性的初始对准方法。本文提出了一种将H∞滤波用于引入磁航向的低精度捷联惯导系统的初始对准方法,能够解决这一问题。文中建立了一种引入磁航向的捷联惯导系统初始对准的误差模型,通过可观测性和可控性分析,得出其为可观可控系统,在此基础上利用H∞滤波方法对其进行了仿真分析,仿真结果表明,该方法能够改善低精度捷联惯导系统方位失准角的估计精度,并能有效抑制有色噪声及建模误差的影响,将其应用于低精度捷联惯导系统的初始对准是切实可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 惯性导航系统的基本原理
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 惯性导航系统的分类
• 1.1.3 捷联惯导系统的发展趋势
• 1.1.4 初始对准技术的发展与研究现状
• 1.2 论文的研究目的及主要工作
• 1.2.1 论文的研究目的
• 1.2.2 论文的主要工作
• 1.3 论文的组织结构
• 1.4 本章小结
• 2 捷联惯性导航系统原理
• 2.1 捷联惯性导航系统概述
• 2.1.1 常用坐标系
• 2.1.2 参数说明
• 2.2 捷联惯导系统的基本工作原理
• 2.2.1 捷联惯导系统的基本工作原理
• 2.2.2 捷联惯导系统的数学模型
• 2.3 本章小结
• 3 捷联惯导系统的初始对准技术
• 3.1 初始对准技术概述
• 3.2 捷联系统的粗对准方法
• 3.3 卡尔曼滤波精对准技术研究
• 3.3.1 捷联惯导系统静基座初始对准模型
• 3.3.2 卡尔曼滤波方法在初始对准中的应用
• 3.4 本章小结
• 4 捷联惯性导航系统的仿真实现及实验结果
• 4.1 捷联惯导系统仿真的主要模块
• 4.1.1 飞行轨迹生成与惯性器件输出模块
• 4.1.2 常规卡尔曼滤波模块
• 4.1.3 SINS解算模块
• 4.2 捷联惯导系统的程序流程及其仿真结果
• 4.2.1 捷联惯导系统的执行流程
• 4.2.2 初始对准部分仿真
• 4.2.3 导航部分仿真
• 4.3 本章小结
• 5 GPS/SINS组合导航技术研究
• 5.1 概述
• 5.2 GPS/SINS导航的组合方式
• 5.2.1 按综合深度分类的组合方式
• 5.2.2 按卡尔曼滤波器结构分类的组合方式
• 5.3 位置、速度组合导航系统的数学模型
• 5.3.1 组合系统的状态方程
• 5.3.2 组合系统的量测方程
• 5.4 仿真结果及其分析
• 5.5 本章小结
• ∞的低精度捷联惯导系统初始对准方法'>6 一种基于H_∞的低精度捷联惯导系统初始对准方法
• ∞控制'>6.1 基本的H_∞控制
• ∞滤波问题的表述'>6.2 H_∞滤波问题的表述
• 6.3 静基座下引入磁航向系统的捷联惯导系统初始对准的误差模型
• ∞滤波的递推算法'>6.4 H_∞滤波的递推算法
• 6.5 仿真结果及其分析
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢