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车载自主导航系统的研究

作　者: 李国辉
导　师: 曾庆双
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 组合导航 捷联惯导系统 航位推算 里程计
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


车载自主导航系统不需要借助任何外部信息,利用导航的初始条件便能确定各种导航参数,具有自主定位的功能,并有定位精度高、稳定性和可靠性好、快速反应能力强等特点。论文采用捷联惯导系统(SINS)为主导航系统,与航位推算(DR)系统和气压高度计组合构成车载自主导航系统。捷联惯导系统是近年来惯性技术的一个发展方向,其具有自主导航能力,抗外界干扰能力强,但存在定位误差随时间积累的问题,不能用于长时间导航。里程计用来测量车辆的行驶速度和距离,不能单独用于确定车辆的位置,必须借助于从惯性导航系统中获得的方位信息进行航位推算,组成航位推算系统。同时,在高度空间上利用气压高度计对高度定位误差进行抑制,提高系统高度通道的定位精度。论文的主要研究内容包括:1.在陀螺和加速度计均以增量形式输出的方式下,介绍了捷联惯导系统的算法编排,并介绍了适合于增量形式数据处理的捷联算法基本理论,包括四元数法、等效旋转矢量算法及圆锥误差补偿算法;在里程计采样以路程增量形式输出的方式下,推导了航位推算算法和误差方程,研究了航位推算系统误差的规律。2.对捷联惯导系统、航位推算系统误差方程进行了分析,建立卡尔曼滤波的状态方程和量测方程,给出了车载组合导航系统的滤波组合方案,试验验证其能够有效地抑制导航误差。3.对SINS/DR组合导航系统进行仿真,结果表明:捷联惯导系统与航位推算系统进行组合之后,系统的定位精度得到了很大的提高,同时,航向误差角也得到充分的估计。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题概述  9-10
    1.1.1 课题研究的背景  9-10
    1.1.2 课题研究的目的和意义  10
  1.2 课题的国内外研究现状  10-14
    1.2.1 国外研究现状  11-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 论文的主要研究内容  14-17
第2章 捷联惯导系统的基本原理  17-28
  2.1 地球概述  17-20
    2.1.1 地球形状的描述  17-18
    2.1.2 地球自转角速率  18
    2.1.3 重力加速度  18-19
    2.1.4 地球表面一点的主曲率半径  19-20
  2.2 坐标系定义及其转换关系  20-24
    2.2.1 坐标系的定义  20-21
    2.2.2 坐标系之间的转换关系  21-24
  2.3 捷联惯导系统的工作原理  24-27
    2.3.1 捷联惯导系统的基本工作原理  24-26
    2.3.2 捷联惯导系统的数学模型  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 捷联惯导系统数字递推算法及误差方程  28-46
  3.1 捷联惯导的姿态更新  28-38
    3.1.1 四元数法  28-31
    3.1.2 等效旋转矢量法  31-35
    3.1.3 圆锥误差及其补偿算法  35-38
  3.2 捷联惯导系统误差方程  38-42
    3.2.1 捷联惯导系统方程  38-39
    3.2.2 捷联惯导系统误差方程  39-42
  3.3 捷联惯导初始对准  42-45
    3.3.1 解析式粗对准  42-43
    3.3.2 精对准  43-44
    3.3.3 初始对准实验  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章 航位推算及其误差方程  46-56
  4.1 航位推算算法  46-49
    4.1.1 航位推算定位原理  46-47
    4.1.2 里程计速度和位置解算  47-49
  4.2 航位推算误差方程  49-50
    4.2.1 位置误差方程  49-50
    4.2.2 姿态误差方程  50
  4.3 航位推算误差分析  50-52
  4.4 线性离散系统的卡尔曼滤波  52-55
    4.4.1 线性离散系统的卡尔曼滤波模型  52-53
    4.4.2 线性离散系统的卡尔曼滤波算法  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章 组合导航系统的设计与仿真  56-69
  5.1 SINS/DR组合导航系统模型  56-57
  5.2 联邦滤波器的结构  57-58
  5.3 子滤波器的状态方程和量测方程  58-63
    5.3.1 子滤波器1 状态方程和量测方程  58-61
    5.3.2 子滤波器2 状态方程和量测方程  61-63
  5.4 试验仿真及结果分析  63-68
  5.5 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-75
致谢  75

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 电气设备及附件
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