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基于惯性辅助卫星导航完好性监测研究

作　者: 蒋德杰
导　师: 王惠南
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 卫星导航惯性导航完好性监测 GNSS/SINS 卡尔曼滤波器
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
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内容摘要

随着全球卫星导航系统的不断发展和广泛应用，其完好性问题也越来越受到重视，尤其是涉及到生命安全的领域（如航空），必须要满足完好性标准要求。然而卫星导航系统在设计之初，并不提供实时的完好性信息。因此为了满足完好性性能这一要求，可以使用专门的卫星增强系统或者用户端的接收机自主完好性监测（RAIM）。RAIM算法是目前认为比较有效的方法，然而在运行中需要冗余观测量，当可见星不足时不能进行完好性监测。外部辅助系统可以提供冗余信息，目前常用的是惯性导航系统（INS），当RAIM没有多余的卫星观测数据时，INS可以保证系统的连续性运行。然而，由于组合方式的不同，也将导致系统产生不可预见的故障，因此关于惯导与卫星导航的组合方式也是本文的主要的研究方向。本文首先介绍了惯性辅助卫星导航组合结构、以及GNSS/SINS组合导航系统中存在的故障模型，然后重点研究了惯性辅助卫星导航完好性监测算法。完好性监测算法主要分为快照法和连续法，快照法主要用来监测阶跃故障；连续法主要监测斜坡故障，其中最难监测的是慢变的斜坡故障。本文针对阶跃故障和斜坡故障给出了残差监测法(RCTM)、自主完好性外推法(AIME)以及多解分离法(MSS)，并通过仿真验证各种算法的效果；最后,针对传统紧组合GNSS/SINS系统中SINS故障不能被排除的缺点以及最难监测的慢变斜坡故障，给出了一种新型紧组合结构及其完好性监测算法，仿真表明在该新型组合结构下不仅可以监测出SINS系统中的故障，而且在监测慢变斜坡故障时具有很好的效果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-20
  1.1 研究背景与意义  11-13
  1.2 完好性监测技术（IMT）的国内外研究现状  13-15
  1.3 导航系统简介  15-18
    1.3.1 卫星导航系统  15-16
    1.3.2 惯性导航系统  16-18
  1.4 本文的研究工作  18-20
第二章 GNSS/INS 组合导航系统  20-39
  2.1 卡尔曼滤波技术  20-22
    2.1.1 卡尔曼滤波方程组  20-22
    2.1.2 卡尔曼滤波计算流程  22
  2.2 GNSS/SINS 组合方式  22-24
    2.2.1 松组合  22-23
    2.2.2 紧组合  23
    2.2.3 超紧组合  23-24
  2.3 GNSS/SINS 组合系统误差  24-28
    2.3.1 GNSS 系统误差分析  24-26
    2.3.2 INS 系统误差分析  26-27
    2.3.3 GNSS/INS 组合系统误差分类  27-28
  2.4 GNSS/SINS 组合系统状态方程  28-34
    2.4.1 SINS 误差状态方程  28-34
    2.4.2 GNSS 误差状态方程  34
    2.4.3 GNSS/SINS 误差状态方程  34
  2.5 GNSS/SINS 组合系统量测方程  34-38
    2.5.1 伪距差观测方程  34-36
    2.5.2 伪距率观测方程  36-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章 GNSS/INS 组合导航系统完好性监测  39-48
  3.1 基于 RAIM 的卫星导航系统完好性监测算法  39-43
    3.1.1 基于最小二乘残差的 RAIM 算法  39-41
    3.1.2 基于奇偶矢量法的 RAIM 算法  41-43
  3.2 基于残差的 GNSS/SINS 组合导航完好性监测  43-45
    3.2.1 残差监测法(RCTM)  43-45
    3.2.2 自主完好性监测外推法（AIME）  45
  3.3 仿真结果与分析  45-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章基于多解分离的 GNSS/SINS 组合系统完好性监测算法  48-54
  4.1 多解分离基本结构  48-49
  4.2 基于多解分离的完好性监测  49-50
  4.3 多解分离法的可用性  50-51
  4.4 仿真结果与分析  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第五章基于速率监测的惯性辅助卫星导航完好性监测方法  54-62
  5.1 新型紧组合结构  54-56
  5.2 基于速率监测的 GNSS/SINS 完好性监测  56-59
    5.2.1 速率监测基本原理  56-57
    5.2.2 改进的速率监测算法  57-59
  5.3 仿真结果与分析  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章总结和展望  62-64
  6.1 本文的主要工作  62
  6.2 进一步工作和展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读硕士期间发表的论文及学术成果  68

基于惯性辅助卫星导航完好性监测研究

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