惯导平台车载试验的仿真系统及辨识方法研究

论文摘要

惯性导航系统是一种完全自主式的导航系统,以其不依赖任何外界信息的优势,被应用于越来越多的场合,所以提高系统的导航精度变得日益重要。针对这一问题,本课题设计和实现了惯导平台车载试验的仿真系统,并对惯性导航系统的误差模型参数的辨识方法进行了研究。本文首先介绍了惯性导航系统的工作原理和导航误差方程,建立了惯导平台车载试验仿真系统各仿真模块的数学模型。论文重点完成了惯导平台车载试验仿真系统的设计和实现,在设计上主要实现了以下功能:它可根据用户需求完成外测数据（即载车的航迹）的生成、系统误差设置;提供了导航信息显示功能,可供用户直观地查看导航信息的变化情况。在实现过程中,为了提高软件的开发效率,在分析比较了几种Matlab与VC++之间混合编程方法的优缺点之后,该仿真平台决定采用Matcom来实现Matlab与VC++之间的混合编程。在利用车载试验对惯性导航误差模型辨识时,首先建立了惯性导航系统的误差模型,然后用传统的经典最小二乘方法对误差模型参数进行了辨识,辨识效果不好,经分析原因是系统存在严重的复共线性。因此采用偏最小二乘方法对误差模型参数进行辨识,以克服复共线性的影响,得到更高的辨识精度。本文设计的惯导平台车载试验的仿真系统实现了分析平台系统误差及外测信号精度对导航精度影响的目的,可以直观地看出导航信息的实时变化。此仿真系统可供从事惯性导航系统研究、设计的工程技术人员使用,也可以供相关专业人员作学习仿真使用。和经典最小二乘方法相比,采用偏最小二乘方法对模型参数进行辨识,可提高辨识精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外惯性导航系统发展现状
• 1.2.1 惯性器件的发展现状
• 1.2.2 误差模型的发展现状
• 1.2.3 辨识方法的发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 惯性导航系统的工作原理及导航误差模型
• 2.1 引言
• 2.2 惯性导航系统的工作原理
• 2.2.1 固定方位半解析式惯导系统的工作原理
• 2.2.2 自由方位半解析式惯导系统的工作原理
• 2.3 惯性导航系统惯性器件的误差模型
• 2.3.1 平台的运动模型
• 2.3.2 陀螺仪的误差方程
• 2.3.3 加速度计的数学模型
• 2.3.4 导航计算机解算数学模型
• 2.3.5 惯性导航误差方程式的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 惯性导航误差仿真平台设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 惯性导航误差仿真平台的组成及结构
• 3.2.1 惯性导航误差仿真平台的基本功能组成
• 3.2.2 惯性导航误差仿真平台的软件结构及其界面
• 3.3 Visual C++技术概述
• 3.3.1 面向对象的程序设计（OOP）
• 3.3.2 MFC编程概述
• 3.4 Matlab介绍
• 3.5 惯性导航误差仿真平台的实现
• 3.5.1 混合编程的几种方法
• 3.5.2 Matcom实现混合编程
• 3.5.3 基于MFC和Matcom惯性导航误差仿真平台的实现
• 3.5.4 实现中几个关键类的说明
• 3.6 本章小结
• 第4章 惯性导航误差模型参数辨识
• 4.1 引言
• 4.2 惯性导航系统误差模型
• 4.2.1 平台角偏移
• 4.2.2 陀螺仪漂移误差
• 4.2.3 加速度计误差
• 4.2.4 视速度误差模型
• 4.3 最小二乘方法辨识惯性导航系统误差模型系数
• 4.4 消除复共线性辨识方法介绍
• 4.4.1 岭估计法（RR）
• 4.4.2 选主元最小二乘方法（PCR）
• 4.4.3 偏最小二乘方法（PLS）
• 4.5 偏最小二乘方法辨识惯性导航误差模型系数
• 4.5.1 车载试验方案
• 4.5.2 辨识结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢