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基于INS的组合导航系统建模及滤波技术
| 论文题名： | 基于INS的组合导航系统建模及滤波技术 |
| 关键词： | 舰船导航;光纤陀螺仪;误差模型;组合导航系统;卡尔曼滤波器;全球定位系统 |
| 摘要： | 由于惯性系统的误差随时间积累,因此不能满足远程、长时间航行等更高精度的导航要求,尤其在捷联系统中,其IMU(Inertial measurement Unit,惯性测量单元)是直接固联在被测点附近,其测量精度在复杂环境中更是受到影响。本文为提高舰船FOG(Fiber Optical Gyroscope,光纤陀螺)捷联姿态基准系统精度,将其分别与计程仪和GPS(Global Positioning System,全球卫星定位系统)进行组合,针对组合系统中的一些关键技术进行了深入的研究,取得了一定的成果。所做的主要工作可归纳为以下几个方面： (1)分析了FOG捷联惯性导航系统的误差源,并从惯性元件级误差、惯性系统级误差等方面着手,建立了光纤陀螺仪误差模型、加速度计误差模型、惯性元件安装误差模型、惯性系统误差模型。 (2)针对基于FOG的捷联式惯性导航系统姿态算法进行了仿真。系统在纯惯导情况下,误差是随时间积累的,并且数值较大,不能满足较高的精度要求,为满足长时间的航行高精度要求,有必要考虑采用组合导航方式提高导航系统精度。 (3)针对IFOG在不同角速度变化区域中的性能差异并保证IFOG对角速度测量的灵敏度,采用小波变换方法对IFOG输出信号进行自适应滤波并进行了实验验证,对实测信号滤波结果表明,动态滤波效果良好。在此基础上,为克服传统卡尔曼滤波器过于依赖模型先验噪声知识的不足,论文中针对计程仪/SINS组合系统提出了基于信息更新序列为反馈的自适应滤波器,并建立了相应模型。仿真结果表明,这种自适应滤波器算法简单,并能有效提高组合系统的精度。 (4)针对舰船FOG捷联惯性/GPS组合系统的数据融合问题进行了研究,并设计了自适应卡尔曼滤波器(主要包括滤波所采用的系统状态方程、观测方程和-Q、R自适应滤波方法),该滤波器稳定性好,可有效提高舰船捷联惯性/GPS组合航姿系统姿态测量的估计精度。仿真结果表明,滤波稳定后的统计特性优于单一的GPS定位测姿系统,同时也大大改善了其它主要导航参数的估计精度。 |
| 作者： | 方琳 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 徐晓苏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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