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车载MEMS/GPS紧组合导航系统研究
| 论文题名： | 车载MEMS/GPS紧组合导航系统研究 |
| 关键词： | MEMS/GPS紧组合导航;车辆行驶特性;自适应滤波算法;姿态角反馈校正 |
| 摘要： | 在远距离、长航时环境下，要求车载导航系统连续稳定地输出高精度的定位结果。当可见卫星数目不足时，GPS（Global Positioning system）无法进行正常的位置和速度解算。低成本MEMS（Strapdown Inertial Navigation）惯性器件组成的捷联惯导系统（Strapdown Inertial Navigation System,SINS），误差累积非常迅速，无法进行长时间连续定位。MEMS/GPS紧组合导航可以解决可见卫星数目不足的问题，然而传统的MEMS/GPS紧组合导航系统反馈校正姿态角误差的效果不佳。低成本MEMS惯性器件组成的捷联惯导系统误差很大，这导致MEMS/GPS紧组合导航系统的姿态角误差持续而且快速的累积，不仅影响了紧组合系统的精度，而且最终使紧组合导航滤波器发散。 第二章主要介绍了GPS与SINS定位的原理和误差特性，以及近年来发展迅猛的MEMS惯性器件特点。通过对两种导航系统的仿真对比，直观地展现了二者的优缺点以及互补性。第三章介绍了扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter,EKF）的原理，组合导航开环与闭环两种结构以及松组合与紧组合的概念。设计了两组对照试验，开环结构紧组合与闭环结构紧组合的对照以及四颗可见星与三颗可见星的紧组合导航对照。对照试验结果表明闭环紧组合导航在长航时条件下相对开环结构具有明显的优势，并且，在可见星不足时，紧组合系统仍然能输出较高精度的定位结果。根据车辆在行驶过程中的特性，文章在第四章提出了一种MEMS/GPS紧组合导航姿态角反馈校正算法，利用紧组合反馈校正后SINS输出的速度确定的航向角与俯仰角，得到姿态角的量测值，进而建立起姿态角的量测方程，然后采用简化的Sage-Husa自适应滤波算法来滤波。最后通过一组仿真实验来验证算法的性能，实验结果表明该算法相对于传统算法能提高紧组合导航的输出精度，而且导航滤波器长时间内保持稳定，没有发散迹象。第五章详细介绍了MEMS/GPS紧组合导航仿真系统，包括系统的结构和原理，以及SINS仿真模块、GPS仿真模块以及卡尔曼滤波器模块的解决方案，使用Matlab的M语言开发了这一整个系统，效率高，可移植性强，为后续的的硬件实现打下了基础。 文章设计的MEMS/GPS紧组合仿真系统经过验证是有效且精确的，提出的姿态角反馈校正算法，在仿真系统上通过了验证，表明了算法的有效性与可行性，解决了将来的实际应用的关键问题。 |
| 作者： | 刘海峰 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 徐定杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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