卫星/SINS组合导航关键技术研究

论文摘要

现代导航对导航系统的精度和可靠性提出了越来越高的要求,单一的导航系统由于固有的缺点,无法单独满足多种指标。因此,采用两种或多种非相似导航系统进行互补的组合导航技术便成为解决问题的有效手段。组合导航系统在军事和民用两个领域均有广泛的应用,常用的有飞行器上的卫星/惯性组合导航系统以及车载的卫星/航位推算组合导航系统。在各大国大力发展卫星导航系统的背景下,开展组合导航方面的研究有着重要的意义。本文在介绍捷联惯性导航系统和卫星导航系统工作原理之后,研究了以下内容:1、捷联惯性导航系统和卫星导航系统组合方式选用松组合与紧组合,在选定合适的坐标系的基础上,给出两种组合下的卡尔曼滤波方程。2、人工产生载体的轨迹,给出载体的导航参数供仿真比较。通过分析卫星运动的动力学模型,利用查询到的卫星轨道6根数生成卫星位置、速度,再结合载体轨迹生成伪距、伪距率。利用惯性测量器件的误差模型,结合载体轨迹生成捷联惯性导航系统的输出数据。3、对卫星/捷联惯性组合导航卡尔曼滤波算法进行仿真,对比了使用松组合及紧组合两种方式,其中有反馈的紧组合是导航精度最高,并且更为稳定的方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 导航系统简介
• 1.1.1 卫星导航系统及其发展
• 1.1.2 惯性导航系统及其发展
• 1.1.3 组合导航系统及其发展
• 1.2 组合导航数据融合发展及现状
• 1.3 本文研究意义及主要内容
• 第二章 惯性导航基本原理
• 2.1 导航常用坐标系
• 2.1.1 坐标系的定义
• 2.1.2 ECEF坐标与经纬度坐标的相互转换
• 2.2 比力方程
• 2.3 导航参数计算
• 2.3.1 欧拉角法
• 2.3.2 四元数法
• 2.3.3 导航参数计算流程
• 第三章 卫星导航接收机基本原理
• 3.1 导航定位原理
• 3.2 卫星信号格式及数据解调
• 3.3 卫星轨道基础
• 3.4 用户位置速度计算
• 3.4.1 用户位置计算
• 3.4.2 用户速度计算
• 第四章 组合导航数据融合
• 4.1 组合导航组合方式
• 4.1.1 松组合（loosely coupled）
• 4.1.2 紧组合（tightly coupled）
• 4.1.3 超紧组合（ultra-tightly coupled）
• 4.2 卡尔曼滤波
• 4.2.1 状态与测量的建立方法
• 4.2.2 输出校正与反馈校正
• 4.3 状态方程
• 4.4 测量方程
• 4.4.1 松组合测量方程
• 4.4.2 紧组合测量方程
• 4.5 系统方程离散化
• 第五章 仿真分析
• 5.1 载体的轨迹产生
• 5.2 惯性测量器件仿真
• 5.2.1 陀螺仪输出
• 5.2.2 加速度计输出
• 5.3 卫星导航测量数据产生
• 5.3.1 卫星位置及速度仿真
• 5.3.2 伪距及伪距率仿真
• 5.4 SINS导航
• 5.5 组合导航
• 5.5.1 松组合（无反馈）
• 5.5.2 紧组合（无反馈）
• 5.5.3 紧组合（有反馈）
• 第六章 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果