SINS/GPS组合导航系统研究

论文摘要

本文对捷联惯导系统(SINS)、全球定位系统(GPS)及组合导航系统进行了研究,导航传感器(加速度计、陀螺仪和GPS接收机)的各部分信息送入导航计算机,应用卡尔曼滤波方法进行数据处理后得到最优导航信息。论文首先详细地推导了捷联惯导系统数学模型,进行了捷联惯导的程序编排,对捷联惯导系统的输出进行了数学模拟,并对捷联惯导系统的误差进行了深入研究。接着深入分析了GPS的误差来源,并建立了GPS误差模型。然后研究了SINS与GPS的位置、速度组合导航,建立全球定位系统和捷联惯导系统的误差方程及位置速度测量方程,应用卡尔曼滤波技术实现了SINS和GPS的组合导航,并对SINS/GPS组合导航系统的具体事项做了详尽的说明,进行了大量的仿真。在数学仿真时发现纯惯导系统的导航精度受元器件的影响很大,在条件允许的情况下应选取精度高的陀螺仪和加速度计。仿真结果表明,组合导航的精度相对纯捷联系统有了较大的提高,放宽了对系统元器件的要求,同时也验证了此实时仿真软件的可靠性。最后对本文的工作进行了总结,得出了该设计能基本满足系统的性能要求,并对下一步研究提出了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外研究现状与水平
• 1.2.1 捷联惯导系统的发展现状与水平
• 1.2.2 全球定位系统的发展现状与水平
• 1.2.3 SINS/GPS组合导航系统的发展现状与水平
• 1.2.4 SINS/GPS组合导航系统的国内研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 第2章 捷联惯导系统
• 2.1 捷联惯导系统的基本工作原理
• 2.1.1 惯导系统的常用坐标系
• 2.1.2 坐标系间的转换矩阵
• 2.2 捷联惯导系统的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 全球定位系统（GPS）
• 3.1 GPS发展概况
• 3.2 GPS系统组成
• 3.2.1 空间部分
• 3.2.2 地面监控部分
• 3.2.3 用户接收机
• 3.3 GPS导航定位基本原理
• 3.4 GPS信号结构
• 3.5 GPS定位误差分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 SINS/GPS组合导航系统
• 4.1 SINS/GPS组合导航方案研究
• 4.1.1 卡尔曼滤波方程
• 4.1.2 SINS/GPS组合方式选择
• 4.2 组合导航系统的数学模型
• 4.2.1 组合导航系统的状态方程
• 4.2.2 组合导航系统的量测方程
• 4.2.3 卡尔曼滤波算法的具体实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 捷联惯导系统与组合导航系统仿真
• 5.1 载机轨迹发生器
• 5.1.1 载机轨迹发生器的设计
• 5.1.2 载机轨迹发生器的数学编排
• 5.2 捷联惯导误差分析及仿真程序校核
• 5.2.1 捷联惯导误差计算
• 5.2.2 捷联惯导误差校核
• 5.3 组合导航的数学仿真及结果分析
• 5.4 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
• 个人简历