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粒子滤波在车载GPS/INS组合导航系统机动条件下的应用研究
| 论文题名： | 粒子滤波在车载GPS/INS组合导航系统机动条件下的应用研究 |
| 关键词： | 捷联式惯性导航技术;粒子滤波;高斯混合模型;残差重采样 |
| 摘要： | 惯性导航系统是一种自主式的导航系统，其应用的关键之一是精度。提高精度除了改进惯性器件的制作工艺和性能指标之外，设计良好的滤波算法对系统状态进行准确、及时的误差估计也是重要手段。 车载组合导航系统在实际工作中其系统是非线性的并且存在非高斯噪声，必须使用非线性滤波技术才能对系统状态进行准确有效的估计。粒子滤波技术具有不受系统状态方程和噪声具体形式影响的特点，适合用作车载组合导航系统的滤波器。本文针对经典粒子滤波重要性密度函数的选择困难和样本枯竭等缺点，从对车载GPS/INS系统在机动条件下的误差建模开始，结合高斯滤波器对经典粒子滤波器进行改进，确定了高斯和粒子滤波器，并将其作为组合导航系统的滤波器进行了仿真验证。本文主要研究内容有： （1）在阐述国内外惯导技术和滤波技术发展、研究现状的基础上，分析了组合导航系统及滤波技术的发展趋势。 （2）给出了捷联惯导系统的基本原理，分析了捷联惯导中的圆锥误差、划船误差、涡卷误差的产生原理并对它们的补偿方法进行了研究。推导了惯性敏感器件的误差模型、组合导航系统的姿态误差方程、速度误差方程和位置误差方程。 （3）推导了经典粒子滤波的公式，并通过对其重要环节的讨论，指出了经典粒子滤波存在的问题。在引入混合高斯模型的基础上利用高斯和滤波器的基本思想对经典粒子滤波器重要性密度函数的选择方法进行改进，并引入了残差重采样以解决样本枯竭问题，确定了高斯和粒子滤波器。通过数字仿真验证了其有效性。 （4）以基于光纤陀螺的捷联式惯导系统为基础建立了一种GPS/INS组合导航系统的状态空间模型，分析了车载系统的运动条件。在给定运动状态下应用高斯和粒子滤波器作为系统的滤波器进行仿真，将结果与使用扩展卡尔曼滤波的结果进行比较，仿真验证显示高斯和粒子滤波器在GPS/INS组合导航系统匀加速、转弯等运动条件下的滤波效果均优于扩展卡尔曼滤波器。 |
| 作者： | 丁海洋 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 吴峻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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