MIMU/BD/磁强计组合导航系统误差建模与补偿方法研究

摘要

本文对 MIMU/BD/磁强计组合导航系统的误差建模与补偿方法进行了研究，针对低成本的MIMU/GNSS组合导航系统存在载体航向角精度较低、误差可观测性较差以及难以完成初始对准的问题，通过增加辅助器件磁强计构成 MIMU/BD/磁强计组合导航系统，提高了系统的航向角可观测性，并采用抗差自适应Kalman滤波算法提高了系统在实际使用过程中的导航精度。本文主要进行了以下几方面的研究：
　　首先，开展了三轴磁强计误差建模与校正方法的研究。地磁场属于弱磁场，利用磁强计进行测量时容易受到外界环境的干扰，对磁强计进行标定以及对测量得到的磁信号进行预处理是高效利用地磁信息进行导航的重要环节。根据磁航向角的解算原理，对影响磁航向角解算精度的因素进行了理论与仿真分析；使用改进的中值滤波和小波分析方法对磁强计测量信号进行了平滑降噪处理，并通过实际测试数据对算法的效果进行了验证和分析；对三轴磁强计进行了整体参数化误差建模，采用带遗忘因子的迭代最小二乘算法（RLS）对磁强计测量误差进行了补偿，并利用Matlab仿真、转台实验以及车载实验对算法的效果进行了验证。
　　其次，建立了MIMU/BD/磁强计组合导航系统误差模型。分析了MIMU误差模型、BDS观测模型以及磁强计观测模型，针对实际应用中野值和干扰会对系统的导航精度造成影响的问题，使用抗差自适应Kalman滤波算法进行数据融合的方法，使系统的抗差性能得到较大提高。
　　最后，对构建的组合导航系统进行了车载实验。通过实际车载实验对MIMU/BD/磁强计组合导航系统的性能进行了评估，实验结果证明，增加磁强计使载体的航向角精度得到明显提高，并且在实际跑车过程中，使用抗差自适应Kalman滤波算法提高系统的动态适应性，使载体的静态航向角精度从3.43°提高到0.77°，跑车过程中的航向角精度分别从4.97°、4.61°、6.36°提高到1.19°、2.90°、3.72°。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外发展水平及研究现状

1.3 论文的主要内容和结构安排

第二章 磁强计误差建模与补偿方法

2.1 磁罗盘原理及磁航向角误差分析

2.2 磁信号预处理

2.3 磁强计误差补偿

2.4 本章小结

第三章 MIMU/BD/磁强计组合导航系统误差建模

3.1 MIMU误差建模

3.2 组合导航系统模型

3.3 组合滤波算法

3.4 本章小结

第四章 车载实验验证

4.1 实验系统设计

4.2 实验结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

附录A 坐标系定义及坐标系变换

1、常用坐标系

2、坐标系变换

参考文献

作者在学期间取得的学术成果