GPS/SINS组合导航与姿态测量的设计

摘要

论文以车辆导航为背景。分析了捷联惯性导航(SINS)导航系统和全球定位系统(GPS)导航系统的原理和误差。论文研究了基于卡尔曼滤波器的GPS/SINS组合导航系统,使用GPS辅助SINS修正位置和速度信息来提高导航参数。
　　目前的单天线GPS系统中,无法完成测量姿态的功能。而采用SINS通过姿态矩阵求解姿态的方法,由于惯性元件漂移的特性,计算出的姿态误差比较大。论文在深入研究卡尔曼数据融合算法的基础上,考虑了电子罗盘在测量姿态角的优势,在FPGA+DSP的硬件平台上,加入电子罗盘进行了姿态信息的多数据融合,修正SINS输出的姿态角。对测得的姿态角数据进行了绘图分析和3D模型演示。
　　论文在Matlab平台上对GPS/SINS组合导航进行了仿真,并在FPGA+DSP硬件平台上实现了载体的姿态测量。仿真实验表明GPS/SINS组合导航位置和速度精度得到了一定程度的提升,同时姿态测量中加入了电子罗盘,运用了互补滤波器,提高了载体姿态角精度。

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1 绪论

1.1 课题的背景和研究意义

1.2 国内外现状和发展趋势

1.3 论文研究的主要内容

2 GPS和SINS原理

2.1 导航中常用坐标系介绍

2.2 坐标系间的转换-导航坐标系与载体坐标系之间的转换

2.3 GPS导航系统原理

2.4四元数理论

2.5惯性导航原理

2.6 捷联惯性导航系统载体位置、速度、位置信息的计算

2.7 本章小结

3 组合导航原理与设计

3.1 SINS与GPS组合导航的模式

3.2 卡尔曼滤波器

3.3 GPS与INS组合导航卡尔曼滤波方程

3.4 本章小结

4 系统硬件结构的设计

4.1 各元件功能描述

4.2 主要电路模块的描述

4.3 本章小结

5 姿态测量与GPS/SINS组合导航仿真

5.1 载体姿态测量设计

5.2 GPS/SINS组合导航

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文的工作总结

6.2 论文的展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢