GPS/INS紧耦合组合导航系统研究

论文摘要

本文展开了GPS紧耦合组合导航系统的研究工作。该课题的研究目的是提高INS辅助下GPS系统的选星效率,并设计合理的GPS/INS紧耦合组合系统实现方案。首先,对导航系统分别进行概述,包括SINS系统、GPS系统及GPS/SINS组合导航系统。其次,在分别分析SINS和GPS系统的基础上,研究了GPS系统的选星算法,着重分析了提高GPS系统选星效率的可能性,提出一种新的导航星选星法。该方法只要根据载体的位置、姿态信息计算出卫星在WGS-84坐标系中的坐标范围即可进行可见星判断,而无需在每个时刻都对GPS所有的24颗卫星进行高度角计算。MATLAB仿真结果表明,采用新的导航星选星法可使GPS的选星效率得到提高。最后,突出INS系统对GPS选星阶段的辅助作用,设计了GPS/INS紧耦合组合导航系统的实现方案及算法。该方案采用闭环反馈的校正方式,通过常规卡尔曼滤波器实现组合系统的数据融合。本文对INS系统及其与GPS构成的松耦合系统与紧耦合系统分别进行导航解算的MATLAB仿真分析,用仿真结果说明组合导航系统在导航精度和稳定性方面较之单一的导航系统都有明显提高,紧耦合系统的导航精度明显高于松散组合系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 导航系统
• 2.1 惯性导航系统概述
• 2.1.1 惯导系统常用坐标系及其转换关系
• 2.1.2 惯导系统原理
• 2.1.3 SINS解算
• 2.1.4 惯导系统的误差分析
• 2.2 捷联惯导系统仿真
• 2.2.1 飞行轨迹发生器
• 2.2.2 SINS导航算法流程
• 2.2.3 仿真结果及分析
• 2.3 全球定位系统
• 2.3.1 GPS系统组成
• 2.3.2 GPS系统常用坐标系及其相互转换
• 2.3.3 GPS定位与测速原理
• 2.3.4 GPS误差分析
• 2.3.5 根据GPS卫星星历计算卫星的位置
• 2.3.6 GPS卫星位置仿真
• 2.4 GPS/SINS组合导航系统概述
• 2.4.1 常规卡尔曼滤波
• 2.4.2 滤波器状态的选取
• 2.4.3 基于卡尔曼滤波的组合方式
• 2.5 本章小结
• 第三章 INS 辅助GPS 选星算法改进
• 3.1 判断GPS可见星的新方法
• 3.1.1 判断可见星新方法的推导过程
• 3.1.2 判断可见星新方法的验证
• 3.2 INS辅助GPS最佳导航星选择
• 3.2.1 星座高度角和方位角对定位精度的影响
• 3.2.2 判断底座锥体半顶角的选星算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 GPS/SINS 紧耦合组合导航系统
• 4.1 GPS/SINS紧耦合组合导航系统设计
• 4.1.1 GPS/SINS紧耦合组合系统方案设计
• 4.1.2 组合系统状态方程
• 4.1.3 系统状态方程的离散化
• 4.1.4 组合系统量测方程
• 4.2 GPS/SINS紧耦合系统仿真
• 4.2.1 GPS/SINS松耦合组合导航系统仿真
• 4.2.2 GPS/SINS紧耦合组合导航系统仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 论文工作的总结
• 5.2 论文的展望
• 致谢
• 参考文献