基于载波相位的SINS/GPS系统研究

摘要

组合导航技术是提高导航系统整体性能的有效途径.本文主要围绕基于载波相位的SINS/GPS组合系统,进行了理论分析、数学建模、结果仿真等研究工作.载波相位应用中存在着整周模糊度的求解和周跳的检测与校正两个关键性问题,只有有效的的解决了这两个问题,才能获得高精度的导航结果.在对现有方法研究的基础上,本文采用了一种基于SINS数据辅助的整周模糊度解算和周跳的检测与校正方法.其简单快速,较其他的传统方法有很大的优越性.在设计组合系统的卡尔曼滤波器时,采用间接法反馈校正模式.利用GPS输出的卫星星历数据和观测时刻等信息计算卫星的位置,同时利用SINS给出的飞行器的位置,计算用户到卫星间的距离.将其与GPS输出的载波相位测量值(已确定整周模糊度,且表示为距离)的差值作为卡尔曼滤波器的输入值,对惯导误差值进行估计.仿真结果表明:在组合中断时间较短的情况下,系统的位置、速度精度均有相当显著的提高.最后,本文提出了基于载波相位的SINS/伪卫星组合导航设想,并对其进行了一定的探讨.它所具有的低成本,抗摧毁以及自主性等特点,对于我国用户、特别是军用方面有着极其深远的意义.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1.问题的提出

1.2国内外研究现状

13本文的主要工作

1.4导航常用坐标系的建立及主要参数说明

1.4.1导航常用坐标系的建立

1.4.2常用参数说明

2 SINS的基本原理及力学编排方程

2.1捷联惯导系统基本原理

2.2捷联惯导系统的力学编排方程

2.2.1指令角速度的求取

2.2.2姿态矩阵的计算

2.2.3速度方程

2.2.4导航位置的求解

2.3微分方程的数值积分法

3 SINS的误差方程

3.1引言

3.2陀螺误差模型

3.3加速度计误差模型

3.4姿态误差方程

3.5速度误差方程

3.6位置误差方程

4 载波相位整周模糊度的求解

4.1引言

4.2载波相位测量的原理

4.3载波相位的差分测量值

4.4现有整周模糊度解算方法的介绍与分析

4.5基于SINS辅助的整周模糊度求解

5 载波相位周跳的检测和校正

5.1引言

5.2周跳产生的原因

5.3现有周跳的检测与校正方法回顾

5.4基于SINS辅助的周跳检测与校正方法

6 基于载波相位的SINS/GPS组合方案

6.1引言

6.2状态和量测的选取

6.3输出校正和反馈校正

6.4基于载波相位的SINS/GPS组合模式

7 基于载波相位的组合卡尔曼滤波器设计

7.1 KALMAN滤波算法简介

7.1.1Kalman滤波的特点

7.1.2离散型卡尔曼滤波基本方程

7.2 组合系统卡尔曼滤波器设计

7.2.1卡尔曼滤波器状态方程的建立

7.2.2卡尔曼滤波器量测方程的建立

7.2.3状态方程的离散化

7.2.4闭环卡尔曼滤波算法

7.2.5惯导参数误差的校正

8 组合系统的仿真分析

8.1仿真方案设计

8.2仿真

8.2.1飞行器飞行轨迹仿真

8.2.2 SINS系统仿真

8.2.3 SINS/GPS组合系统仿真

9 SINS/伪卫星组合导航技术探讨

9.1研究意义

9.2方案探讨

10总结和展望

10.1工作总结

10.2展望

致谢

附录A：发表论文

附录B：参考文献

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明