INS/GPS导航系统算法设计与显控实现

摘要

惯导系统(Inertial Navigation System，INS)导航精度高、数据跟新快，具备极高的自主性和隐秘性，但其误差会随时间累积，GPS在导航中可以实现全球、全天候高精度定位授时，但是在恶劣天气环境及建筑物遮挡的情况下其作用会减弱甚至失效，GPS和INS在导航中具有极好的互补性，在INS/GPS松耦合组合情况下，当可见星低于四颗时立即失效，本文研究INS/GPS紧耦合组合导航在工程应用中的实用滤波算法，通过分析确定选择扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter)作为研究对象，分别进行仿真实验和组合导航静态实验来进行验证，并对相关显控软件进行设计。对组合导航系统进行建模，推导紧耦合模型状态方程和量测方程，根据EKF原理对非线性方程进行线性化，在MATLAB中进行系统仿真实验，分别进行惯导系统的捷联解算和EKF滤波估计，并使用估计的误差量校正惯导解算值，仿真结果显示滤波校正后的参数误差远小于惯导单独解算参数误差，在可见星数目小于4颗的情况下依然能够使滤波后的误差收敛，证明紧耦合组合效果优于惯导单独导航、紧耦合组合系统在可见星不足4颗的情况下依然能够工作在组合状态。依据Qt框架设计数据接收界面，通过串口通信分别同时采集惯导设备和GPS接收机在静态下的数据，根据协议分别提取并解析所需的惯导数据和GPS数据并分别进行捷联解算过程和EKF滤波校正过程，结果显示滤波后的数据能够有效避免误差的发散并使误差的波动维持在很小的范围内，进一步验证了紧耦合模型的有效性以及EKF算法在工程应用上的实用性。