基于频域的捷联导航算法研究

论文摘要

随着科技的发展,导航越来越被人们所熟悉,惯性导航系统是自主式的导航系统,具有完全独立工作性能,不依赖外界信息,因此隐蔽性好；不受任何自然条件或环境的干扰和影响；具有连续工作时间长的特点；也具有精度高的特点。正由于它的独特优点,使其成为航天、航空、和航海领域中一种广泛使用的方法。而捷联惯性导航系统用“数学平台”替代了物理平台,降低了系统的成本,便于安装和维护,在中低精度要求领域有着广泛的应用。捷联惯导算法是影响导航系统导航精度的关键,数字处理技术的发展和人们对导航系统的需求,使得在变换域内重新发展捷联惯导算法成为捷联惯导算法研究的一个重要方向,本文在信号处理技术的基础上,研究了捷联惯导在变换域内的相关算法。捷联式惯性导航系统的精度,主要取决于惯性元件和导航算法,本文就主要针对陀螺信号的去噪和导航算法进行了研究。对于低精度陀螺,提高陀螺精度的主要方法是依靠建立陀螺的误差数学模型,通过数字滤波减小陀螺漂移的影响。本文用FIR滤波器对陀螺信号进行了去噪实验。小波分析以其在时频分析领域独有的特点,在信号分析中取得了很大的成功。本文就对小波阈值去噪法在陀螺信号去噪中的应用进行了研究,并用提升小波变换对陀螺信号滤波进行了尝试,并且都取得了不错的效果。捷联式惯性导航算法方面,首先介绍了惯性导航中常用坐标系和基本的工作原理,然后分析了常规惯性导航对姿态、位置和速度的解算方法,并分别进行了仿真分析。为了弥补常规导航算法采用数值积分的不足,首先分析了频域内的连续信号的重构技术,分析了信号重构误差的来源,给出了降低重构误差的方法,得到频域内的信号重构公式,并给出了频域内的捷联导航算法,包括姿态解算、比力转换和积分求解速度和位置。并在MATLAB环境下对频域算法进行了仿真,试验表明频域捷联导航算法,能有效地提高捷联惯性导航系统的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 捷联惯性导航系统算法发展现状
• 1.3 陀螺信号去噪发展现状
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 陀螺信号的去噪研究
• 2.1 FIR滤波器及陀螺信号去噪
• 2.1.1 FIR数字滤波器的窗函数设计法
• 2.1.2 陀螺信号的FIR滤波
• 2.2 从傅里叶变换到小波变换
• 2.3 小波变换理论
• 2.3.1 连续小波变换
• 2.3.2 离散小波变换
• 2.3.3 小波变换的算法
• 2.4 小波在陀螺信号去噪中的应用
• 2.4.1 小波阈值去噪
• 2.4.2 提升小波变换去噪
• 2.5 MEMS陀螺信号小波去噪
• 2.5.1 小波基的选取
• 2.5.2 MEMS陀螺信号去噪结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 捷联惯导系统时域算法研究
• 3.1 惯性导航基础介绍
• 3.1.1 常用导航坐标系介绍
• 3.1.2 惯导系统基本方程
• 3.2 捷联导航算法研究
• 3.2.1 捷联矩阵
• 3.2.2 四元数理论
• 3.2.3 四元数的即时修正
• 3.2.4 姿态解算
• 3.2.5 比力转换
• 3.2.6 位置更新
• 3.2.7 速度更新
• 3.3 圆锥效应误差及补偿算法
• 3.4 划船效应误差及补偿算法
• 3.5 涡卷效应误差及补偿算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 频域捷联惯导系统的算法研究
• 4.1 信号重构基本理论
• 4.2 频域内有限区间上的连续信号重构方法
• 4.2.1 基于离散傅里叶变换频谱分析的连续信号重构
• 4.2.2 估算有限时宽信号重构误差
• 4.2.3 重构误差主要来源
• 4.2.4 降低重构误差
• 4.3 基于连续信号重构方法的频域SINS算法
• 4.3.1 姿态解算
• 4.3.2 比力转换
• 4.3.3 积分求解速度和位置信息
• 4.4 本章小结
• 第5章 时域和频域捷联导航算法仿真对比分析
• 5.1 捷联惯导算法仿真
• 5.1.1 姿态解算误差
• 5.1.2 位置解算误差
• 5.1.3 速度解算误差
• 5.2 圆锥运动仿真误差分析
• 5.3 划船运动仿真误差分析
• 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