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最优估计理论与方法在SINS/GPS组合导航系统中的应用研究
| 论文题名： | 最优估计理论与方法在SINS/GPS组合导航系统中的应用研究 |
| 关键词： | 导航系统;全球定位系统;卡尔曼滤波;自适应滤波;在线校正;故障检测 |
| 摘要： | 随着舰船电子技术和航空航天飞行器的快速发展，对导航精度的要求越来越高，单一的导航系统已不能满足发展的需要。捷联式惯性导航系统(SINS)和全球定位系统(GPS)各自的优缺点以及性能的互补性，促使二者走向组合；而计算机技术的高速发展，有条件提供运算速度高、存贮量大的舰载计算机，为组合系统的发展创造了一个很好的技术条件；现代控制理论的成就，特别是最优估计理论与方法的发展，为组合系统提供了理论基础。本论文的研究意义在于为先进的SINS／GPS组合导航系统探索新的数据处理理论和方法。 1.基于四元数计算量最小的优越性，首先给出了基于四元数的姿念算法，并进行了静基座和动基座的仿真研究，然后提出了一种新的等效转动矢量算法，仿真结果表明了这种算法具有较高的定位精度。 2.研究了SINS的基本误差方程，完整地推导了平动误差方程的速度误差表示形式和姿态误差方程，并由此给出ψ角误差模型。利用PWCS可观测性方法，全面定性地分析了SINS的可观测性，并进一步采用奇异值分解分析方法定量地分析了STNS的可观测度，研究了SINS中的KaLman滤波器的设计以及注意问题。 3.分析了GPS的时域和频域特性。在综述了各种机动目标模型的基础上，给出了一种新的定位滤波算法，并进行了仿真研究。 4.讨论了SINS和GPS的组合模式，给出了SINS／GPS组合导航系统的时序同步技术，研究了SINS／GPS组合导航系统的自适应滤波算法，并提出一种改进的自适应滤波算法。 5.研究了SINS／GPS组合导航系统的在线校正方法，并对系统的观测向量的变化、开闭环校正以及三种运动状态进行了仿真分析。 6.综述了一般控制系统的故障检测与判断方法，给出了SINS／GPS组合导航系统的故障检测与诊断方法。首次将强跟踪卡尔曼滤波器用于SINS／GPS组合导航系统的故障检测与诊断中，并提出了一种自适应调节的带多重次优渐消因子的卡尔曼滤波器。 7.讨论了SINS／GPS组合导航系统中局域网的组网方式、通信控制板的结构及其实现，给出了通信控制板的底层软件接口。对SINS的监控程序进行分析，加入网络中断编程，把SINS／GPS组合导航系统的数据发送到网上供各个分系统利用或者接收主控台发来的控制信息，实现整个系统的资源共享。 |
| 作者： | 吴秋平 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 万德钧 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2000 |
| 正文语种： | 中文 |
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