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GPS/SINS组合导航在某自行高炮导航系统上的应用分析

作　者: 刘学鹏
导　师: 杨开勇
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光捷联式惯性导航系统全球定位系统组合导航卡尔曼滤波初始对准
分类号: TN967.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为了提高某自行高炮武器系统的导航定位精度并增强其抗干扰性能,同时使其能够利用导航系统测得的姿态信息通过稳定系统保持雷达天线、光学瞄准具和火炮射线的稳定从而达到对各种类型的空中攻击做到快速反应和高命中率,要实现以上目标,GPS/SINS组合导航系统是一种较好的解决方案。GPS和SINS组合,导航精度将高于两个系统单独工作的精度,系统的性能将大大改善:对GPS全球定位系统,SINS的辅助可以提高其跟踪卫星的能力,提高接收机的动态特性和抗干扰性;而对惯导系统可以实现惯性传感器的校准、惯导系统的对准、惯导系统高度稳定等,从而有效地提高惯导系统的性能和精度。本文是在仔细分析了GPS/SINS在某自行高炮系统上应用的可行性的基础上,对GPS/SINS组合导航系统进行了初步的探索。通过对捷联惯性导航(SINS)系统和全球定位导航系统(GPS)的原理的细致分析,对GPS/SINS组合导航的信息融合技术、卡尔曼滤波器的设计和初始对准的原理方法进行了较深入的研究。并通过分析GPS/SINS组合导航系统的各种组合模式,设计采用了工程上易于实现的位置、速度信息组合的方式,采用闭环校正的方法,来提高组合导航系统的导航精度。本文着眼于GPS/SINS在某自行高炮系统上的应用,分析了在工程应用条件下影响GPS/SINS组合导航系统精度的各种因素,并且给出车载试验条件下各导航参数的变化曲线,进而为GPS/SINS组合系统在武器系统的应用奠定了坚实的理论与实验基础。全文的主要内容包括:介绍了捷联惯导系统和GPS导航系统的概况及基本原理;给出了GPS/SINS组合导航系统状态估计方法,重点阐述了信息融合技术;进行了GPS/SINS组合导航系统的滤波器设计;介绍了组合导航系统的组合方案及系统方程;进行了GPS/SINS组合导航系统的车载试验,并对数据进行分析。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-23
  1.1 定位与导航  12
  1.2 某自行高炮导航系统  12-14
    1.2.1 导航系统的组成  12-13
    1.2.2 导航系统的工作原理  13
    1.2.3 导航系统实际使用中存在的问题及需求分析  13-14
  1.3 GPS 导航定位系统简介  14-17
    1.3.1 GPS 系统的构成  14
    1.3.2 GPS 系统的定位精度  14-15
    1.3.3 GPS 系统定位的基本原理  15-17
  1.4 激光陀螺捷联式惯性导航系统  17-18
    1.4.1 捷联式惯导系统的工作原理  17
    1.4.2 激光陀螺的优点和性能特征  17-18
    1.4.3 激光陀螺捷联式惯性导航系统的发展现状  18
  1.5 GPS/SINS 组合导航定位系统  18-21
    1.5.1 GPS/SINS 组合导航系统组成  18-19
    1.5.2 GPS/SINS 组合导航系统的特点  19
    1.5.3 GPS/SINS 组合导航系统的优势  19-20
    1.5.4 GPS/SINS 组合导航系统的研究动态及发展趋势  20-21
  1.6 本文的研究工作  21-23
第二章组合导航系统状态估计方法  23-32
  2.1 信息融合概述  23-27
    2.1.1 信息融合的基本原理  23
    2.1.2 信息融合的层次  23-24
    2.1.3 信息融合技术与方法  24-26
    2.1.4 信息融合技术在组合导航中的应用  26-27
  2.2 导航数据预处理  27-29
    2.2.1 野值处理  27-28
    2.2.2 时间同步  28-29
  2.3 卡尔曼滤波  29-32
    2.3.1 卡尔曼滤波要解决的问题  29-30
    2.3.2 离散卡尔曼滤波的基本方程  30-32
第三章组合导航系统滤波器设计  32-40
  3.1 基本滤波方案  32-34
  3.2 闭环修正的卡尔曼滤波模型  34-35
  3.3 滤波的初值选定及状态方程的离散化  35-36
    3.3.1 滤波初值的选定  35
    3.3.2 状态方程的离散化  35-36
  3.4 GPS/SINS 组合导航卡尔曼滤波模型  36-37
  3.5 卡尔曼滤波器在实际使用中存在的问题及处理方法  37-40
    3.5.1 初始阵的确定  37-38
    3.5.2 卡尔曼滤波器的反馈校正  38
    3.5.3 纯惯导状态和组合工作状态转换时滤波器的处理  38-40
第四章车载GPS/SINS组合导航系统研究  40-54
  4.1 车载GPS/SINS 组合导航的发展动态  40-41
  4.2 GPS/SINS 组合方案  41-43
  4.3 GPS/SINS 系统的状态方程  43-47
  4.4 GPS/SINS 系统的量测方程  47-48
  4.5 初始对准  48-52
    4.5.1 初始对准的基本原理  49
    4.5.2 粗对准原理  49-51
    4.5.3 精对准原理  51-52
  4.6 可靠性分析  52-54
第五章组合导航系统的车载试验  54-64
  5.1 GPS/SINS 组合导航系统  54-57
    5.1.1 系统硬件组成  54-55
    5.1.2 系统软件组成  55-57
    5.1.3 系统工作原理  57
  5.2 组合导航系统实物试验  57-64
    5.2.1 组合导航试验实施步骤  57-58
    5.2.2 组合导航数据同步处理  58
    5.2.3 组合导航试验结果与分析  58-64
结束语  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-69
作者在学期间取得的学术成果  69

GPS/SINS组合导航在某自行高炮导航系统上的应用分析

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