基于MIMU与超声多普勒里程仪的陆用车辆组合导航技术研究

摘要

现代车辆对高精度、高可靠性导航系统的需求和要求都在日益增长，但是还没有一种单独的导航系统可以真正实现对载体的高精度、高可靠性定位，因此组合导航便成为了车载导航的主要发展方向，基于微惯性测量单元(MIMU)/超声多普勒里程仪(UDVL)的组合系统能真正实现低成本、高精度导航，可以作为未来车辆导航的较为理想的模式。
　　 本文的主要研究内容：
　　 首先，详细分析了基于MIMU的捷联惯性导航系统和超声多普勒里程仪系统的工作原理和误差模型，说明了两者进行组合的必要性。
　　 其次，完成了系统初始对准的粗对准，并利用粗对准得到的初始姿态角通过姿态矩阵的四元数更新法以及卡尔曼滤波，给出了姿态误差角的最优估计，完成了精对准。给出了几种超声多普勒里程仪测频算法的仿真分析，通过仿真结果确定了超声多普勒里程仪的实用测频算法。建立了基于MIMU/UDVL紧组合模式下的状态方程和量测方程，设计了高精度的无迹卡尔曼滤波器来进行组合系统的数据融合。
　　 再次，完成基于DSP的超声多普勒里程仪的硬件设计，包括超声换能器的设计，发射和接收部分的设计，以及DSP外围电路的设计；在CCS开发环境下，完成了超声波发射系统中SPWM波的软件设计，AD采样的软件设计，并进行了测频算法的软件实现。
　　 最后，对基于MIMU/UDVL组合系统的初始对准算法进行了仿真验证，结果表明，初始对准算法可以成功完成对准的任务，为组合系统的后续工作提供准确的初始条件；对组合系统进行了卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的对比仿真，结果表明，组合系统相比单一系统，导航精度有很大的提高，无迹卡尔曼可以以最好的性能来完成组合系统的数据融合。