自主式车载SINS/OD/气压高度计组合导航算法研究

摘要

导航技术是现代科学技术中一门重要的技术学科，导航的重要参数包括姿态、位置和速度，在航空、航天、航海以及其他许多领域都有广泛的应用。捷联惯性导航系统(SINS)是一种自主式的导航系统，既不需要向外发射任何信号，也不需要接收任何信号，完全依靠载体设备就可以自主地给出载体的姿态、位置和速度信息。因此，SINS具有抗干扰能力强，隐蔽性好的优点。但是SINS定位误差随时间的延长而不断增大，即存在误差积累、漂移大的缺点。SINS/GPS组合导航虽然能够很好地解决误差积累问题，但GPS存在着易受其它信号干扰、易发生信号失锁和周跳、信号易受物体遮挡和不能满足实时校正的要求等缺点，使得SINS/GPS组合导航系统在GPS信号失效时不能正常工作。而且GPS信号的使用受制于美国政府，出于对国家安全的考虑，不能完全依赖于GPS。
　　 本论文将捷联惯导系统作为主系统，结合里程仪(OD)和气压高度计，设计出能精确快速地定位、定向，同时具有良好的自主性、适应性和可靠性的车载SINS/OD/气压高度计组合导航算法。针对当前捷联惯导系统中惯性元件的输出大多采用增量形式的数据输出，论文首先阐述了适合于增量形式数据处理的捷联惯导更新算法基本原理；接着分别对捷联惯导系统、里程仪和气压高度计进行了误差分析，推导出各自的误差方程；然后，在误差方程的基础之上，设计出适合于车辆的SINS/OD/气压高度计组合导航系统的技术方案，建立了两组卡尔曼滤波的状态方程和观测方程；最后，成功地实现了一种车辆运动轨迹仿真算法，并将轨迹仿真算法的数据作为输入，借助Matlab仿真工具分别对单SINS算法和SINS/OD/气压高度计组合导航算法进行了仿真，对这两种算法进行比较分析和性能评估。仿真结果表明，SINS/OD/气压高度计组合导航算法有效地克服了单SINS算法的误差积累问题，提高了导航系统的精度和实时性，从而验证了该算法的有效性和合理性。