舰船组合导航信息综合集成技术应用研究

摘要

捷联惯性导航系统(SINS)是一种自主式导航系统，可以连续提供多种导航信息，短时间内运行的精度较高，然而其定位误差随时间积累。全球定位系统(GPS)长期误差特性较好，但易受外界影响，且受美国军方控制。因此SINS/GPS组合导航系统能够取长补短，是一种理想的组合方式。SINS/GPS组合导航系统具有巨大的军事、民用价值和广阔的应用前景。而组合导航信息综合集成技术中卡尔曼滤波(KF)算法是研究SINS/GPS组合导航系统的关键技术之一。 论文首先介绍了捷联惯性导航系统的基本原理，建立了SINS导航系统的误差传播方程。针对动态GPS观测数据给出了GPS单差、双差数据处理方法。 其次，论文介绍了集中卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的基本理论，并给出了它们的算法。论文深入研究了混合系统的UKF滤波算法，针对线性状态方程、非线性观测方程组成的混合系统，给出了边沿化无迹卡尔曼滤波(RBUKF)算法。 再其次论文根据SINS/GPS组合深度的不同，设计了松组合与紧组合两种组合方案，针对上述方案分别建立了位置、速度松组合模型和基于测码伪距/伪距率的非差、单差、双差紧组合模型。 最后，结合舰船试验数据，分别用EKF和RBUKF方法进行了Matlab仿真比较。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景、目的及意义

1.2组合导航系统的发展和现状

1.3信息综合集成技术的应用发展

1.4论文的主要内容

第2章捷联惯性导航系统研究

2.1引言

2.2 SINS导航原理与导航算法

2.2.1常用导航坐标系

2.2.2捷联惯性导航基本原理

2.2.3捷联惯性导航系统方程

2.2.4姿态矩阵的计算及姿态角的提取

2.2.5导航参数更新

2.3 SINS系统误差模型

2.3.1平台误差角方程

2.3.2速度误差方程

2.3.3位置误差方程

2.3.4惯性器件的误差模型

2.4惯导系统状态方程及其离散化

2.4.1捷联惯导系统的状态方程

2.4.2捷联惯导系统的状态方程的离散化

2.5本章小结

第3章 动态GPS观测数据处理

3.1引言

3.2 GPS观测量及观测误差

3.2.1 GPS观测量

3.2.2 GPS观测误差及处理方法

3.3GPS动态定位方法

3.3.1单差定位模型

3.3.2双差定位模型

3.4本章小结

第4章 卡尔曼滤波算法研究

4.1引言

4.2标准Kalman滤波技术

4.3扩展卡尔曼滤波(EKF)

4.4无迹卡尔曼滤波(UKF)

4.4.1无迹变换

4.4.2基于无迹变换的非线性滤波算法

4.5本章小结

第5章SINS/GPS组合导航系统建模

5.1引言

5.2 SINS/GPS的组合模式

5.2.1松散组合方案

5.2.2紧密组合方案

5.3 SINS/GPS位置速度组合方案

5.4 SINS/GPS测码伪距、伪距率紧组合方案

5.4.1 GPS误差模型及SINS/GPS状态方程

5.4.2非差测码伪距/伪距率量测方程

5.4.3单差测码伪距/伪距率量测方程

5.4.4双差测码伪距/伪距率量测方程

5.5本章小结

第6章 SINS/GPS组合导航系统仿真

6.1引言

6.2 SINS/GPS位置速度仿真

6.3 SINS/GPS非差测码伪距伪距率仿真

6.4 SINS/GPS单差测码伪距伪距率仿真

6.5 SINS/GPS双差测码伪距伪距率仿真

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