基于INS/GPS、INS/里程仪冗余的车载组合导航系统

论文摘要

INS/GPS组合导航系统虽然能够很好地解决了惯导系统的误差累积问题,但GPS存在着动态响应能力差、易受电子干扰、信号易被遮挡等缺点,往往使得INS/GPS组合导航系统在GPS信号出现故障时不能正常工作或导航精度降低。为了充分提高系统导航定位信息的精度,设计了一种车载导航系统,该导航系统由INS/GPS、INS/里程仪两种组合导航系统冗余构成。本文的冗余组合导航系统的设计以INS/GPS和INS/里程仪的组合方案为核心,主要研究以下几个方面的内容:1、研究冗余组合系统的总体的设计方案,系统的组成以及各部分的主要功能:研究了INS/GPS、INS/里程仪的组合模式;确定了系统软件的设计思想。2、详细分析了惯导系统的误差方程,利用状态扩充法扩充了INS/GPS组合导航系统的状态向量,并给出了仿真结果,仿真结果表明组合系统的精度得到较大提高。3、针对传统的机械式里程仪无法克服的刻度系数误差和精度低的缺点,设计了一种新型的数字里程仪,并深入分析了由于里程仪的安装引起的杆臂效应及杆臂效应的补偿问题,使得组合导航系统的导航精度得到最大程度的提高,满足了本系统的设计要求。此外,研究了GPS单点动态定位原理以及几何精度因子对定位精度的影响,并结合此给出了冗余组合导航系统工作模式切换的条件,使得冗余组合导航系统处在最优的工作模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 GPS、INS及其组合导航系统的发展和现状
• 1.2.1 GPS的发展和现状
• 1.2.2 INS的发展情况
• 1.2.3 INS/GPS组合导航系统的发展
• 1.2.4 INS/里程仪组合导航系统
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 VLMS导航系统冗余的设计方案
• 2.1 导航系统冗余的总体设计方案
• 2.1.1 导航系统总体设计结构
• 2.1.2 系统构成与功能
• 2.2 导航系统组合方案的确定
• 2.2.1 INS/GPS的组合方案的确定
• 2.2.2 INS/里程仪的组合方案的确定
• 2.3 系统软件设计方案的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 INS/GPS组合导航系统的设计
• 3.1 常用导航坐标系
• 3.2 惯性导航系统的误差方程
• 3.3 INS/GPS组合系统的状态方程及量测方程
• 3.3.1 INS/GPS组合系统的状态方程
• 3.3.2 INS/GPS组合系统的量测方程
• 3.4 INS/GPS闭环组合卡尔曼滤波
• 3.4.1 INS/GPS组合系统方程的离散化
• 3.4.2 INS/GPS的闭环卡尔曼滤波方程
• 3.5 INS/GPS组合导航系统的仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 INS/里程仪组合系统的研究
• 4.1 里程仪
• 4.1.1 INS/里程仪组合系统的发展
• 4.1.2 里程仪的选取及误差分析
• 4.2 INS/里程仪的组合滤波器的设计
• 4.2.1 惯导、里程仪组合系统的状态方程
• 4.2.2 惯导、里程仪组合系统的量测方程
• 4.2.3 状态方程和量测方程的离散化
• 4.3 INS/里程仪组合系统算法仿真
• 4.3.1 系统仿真路线及参数
• 4.3.2 系统仿真曲线
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.4 里程仪测量故障分析及处理
• 4.4.1 里程仪测量故障情况
• 4.4.2 里程仪测量故障处理
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统工作模式切换与可靠性设计
• 5.1 引言
• 5.2 GPS单点动态定位原理
• 5.2.1 测相伪距观测方程
• 5.2.2 测相伪距观测方程的线性化
• 5.2.3 测相伪距动态的绝对定位
• 5.3 GPS几何精度因子对定位精度的影响
• 5.4 系统工作模式的切换
• 5.5 系统的可靠性设计
• 5.5.1 影响导航系统可靠性的因素
• 5.5.2 导航系统高可靠性设计
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢