精密单点定位与MEMS IMU组合导航系统应用

摘要

针对目前大多数GPS导航定位技术与惯性技术(Inertial NavigationSystem，INS)组合导航系统(GPS/INS组合导航系统)主要基于差分GPS(DGPS)技术，但是DGPS需要基准站，给导航系统工作区间造成约束的同时也增加了系统的成本和操作的复杂性的问题。以及战术级IMU价格过高，致使GPS/INS组合导航系统很难向民用领域发展和推广的问题。本文采用一种新的GPS/INS组合导航方式。利用卡尔曼滤波算法，整合一台双频GPS接收机和一台低成本的MEMS惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)的数据采用PPPGPS/MEMS IMU松组合形式求得系统位置、速度和姿态信息。
　　以前的研究已经证明，精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)和战术级IMU构成的组合导航系统能够实现分米级到厘米级定位精度和cm/s速度精度。本文研究的主旨是PPP和低成本MEMSIMU组合提供精确的位置和姿态信息。对PPP/MUMS IMU组合导航的松组合进行研究，运用卡尔曼滤波作为组合系统的最优导航解算方案。采用非完全限制条件改善组合系统导航精度。
　　通过两次实验验证组合导航系统导航性能。首先在无遮挡区域做实验，解算得到该状态下导航系统的位置、速度和姿态误差。模拟在GPS信号完全屏蔽和部分屏蔽状况下组合导航系统误差积累以及采用2D速度约束条件对误差的改进。与在无遮挡区域实验相似，在有较多建筑物遮挡的情况下进行实验得到组合导航系统精度以及2D速度约束条件对组合导航系统的改进状况。需要说明的是实验采用DGPS和战术级IMU组合导航系统作为参考。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 研究背景

1．2 国内发展现状

1．2．1 精密单点定位发展现状

1．2．2 低成本MEMS岭惯性器件发展现状

1．2．3 基于MEMS IMU的GPS/INS组合导航发展现状

1．3 论文主要内容

2．精密单点定位和INS理论基础

2．1 GPS理论基础

2．2 精密单点定位技术

2．2．1 卫星轨道误差与钟差

2．2．2 对流层延迟

2．2．3 电离层延迟

2．3 惯性导航系统

2．3．1 坐标系和坐标转换

2．3．2 INS机械编排

2．3．3 INS初始校准

2．4 GPS/INS组合导航系统

2．4．1 GPS/INS组合方式

2．4．2 卡尔曼滤波

2．5 本章小结

3．精密单点定位与MEMS IMU组合

3．1 精密单点定位滤波器

3．1．1 系统状态

3．1．2 系统模型

3．1．3 观测模型

3．2 PPP/MEMS IMU松组合

3．3 2D速度约束条件

3．4 本章小结

4．实验结果与分析

4．1 无遮挡区域实验

4．1．1 实验描述

4．1．2 导航参考系统

4．1．3 PPP解算结果

4．1．4 PPP/MEMS IMU组合导航系统测试结果

4．1．5 2D速度约束条件下试验结果

4．1．6 GPS信号中断实验结果

4．2 存在遮挡区实验

4．2．1 实验描述

4．2．2 导航参考系统

4．2．3 遮挡区实验结果

4．2．4 相对开阔环境实验结果

4．3 实验总结

4．3．1 相对开阔环境实验结果总结

4．3．2 市区环境实验总结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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