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GPS/INS紧组合对准技术研究

作　者: 朱让剑
导　师: 战兴群
学　校: 上海交通大学
专　业: 航天工程
关键词: 初始对准 紧组合 传递对准 组合对准 GPS/INS
分类号: V474.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


GPS/INS导航系统集成了全球定位导航系统(GPS)和惯性导航系统(INS)两个子系统各自的优点:高精度的GPS信息,作为外部测量输入,在运动过程中频繁修正INS,以控制其误差随时间的积累;而短时间内高精度的INS定位结果,可以很好的解决GPS动态环境中的信号失锁和周跳问题。不仅如此,INS还可以辅助GPS接收机增强其抗干扰能力,提高捕获跟踪卫星信号的能力。受2009年上海航天技术研究院科研基金的资助,本文开展了GPS/INS组合导航快速初始对准技术研究。本文首先对捷联惯性导航系统和全球定位导航系统分别进行了详细分析,并介绍了INS和GPS工作原理,在此基础上研究了紧组合导航系统,设计了紧组合导航系统滤波器。同时,设计了动基座条件下传递对准滤波器和组合对准滤波器。建立了机翼挠曲变形模型和组合导航系统的误差模型,根据惯导系统误差模型与机翼挠曲变形模型采用“速度+姿态”的匹配方案设计传递对准滤波器,同时,根据惯导系统误差模型与GPS误差模型采用“速度”匹配方案设计组合对准滤波器。其次,建立传递对准和组合对准仿真环境,给出仿真参数并对动基座条件下的传递对准和组合对准进行仿真,通过仿真结果来评估传递对准和组合对准。速度加姿态匹配的传递对准一般在20s之内便可以完成对准过程,并且拥有较好的对准精度。由于组合对准信息源只有三维速度信息,故在匀速机动情况下其航向角误差的估计结果是发散的,而在摇翼机动下的航向角误差估计也并不理想。最后,给出论文的总结和进一步的研究方向。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
图目录  10-11
表目录  11-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 惯性导航技术的发展与现状  12-14
  1.2 GPS/INS 组合导航技术发展及现状  14-17
    1.2.1 国内组合导航系统技术进展  14-16
    1.2.2 国外组合导航系统技术进展  16-17
  1.3 导航坐标系  17-18
  1.4 论文主要研究内容  18-20
第二章 导航系统原理及组合导航系统  20-36
  2.1 引言  20
  2.2 捷联惯性导航系统  20-30
    2.2.1 捷联惯导系统的基本原理  20-22
    2.2.2 惯性导航系统基本方程  22-23
    2.2.3 惯性导航的误差模型  23-27
    2.2.4 IMU 器件误差模型  27-28
    2.2.5 挠曲变形模型  28-30
  2.3 GPS 系统工作原理  30-33
    2.3.1 GPS 概况  30-31
    2.3.2 GPS 系统定位原理  31-32
    2.3.3 GPS 系统误差  32-33
  2.4 组合导航系统  33-35
    2.4.1 松组合  34
    2.4.2 紧组合  34-35
    2.4.3 超紧组合  35
  2.5 本章小结  35-36
第三章 紧组合导航系统技术研究  36-44
  3.1 引言  36
  3.2 紧组合导航系统算法  36-38
    3.2.1 组合导航方案和结构  36-37
    3.2.2 组合系统初始化及初始对准  37-38
  3.3 GPS/INS 紧组合导航滤波器设计  38-43
    3.3.1 组合滤波器设计  39-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 惯性导航初始对准  44-64
  4.1 初始对准概述  44-46
    4.1.1 外部阻尼式初始对准  44
    4.1.2 传递对准  44-45
    4.1.3 组合对准  45-46
  4.2 初始对准原理  46-48
    4.2.1 惯性导航系统的初始对准  46-48
  4.3 传递对准  48-51
    4.3.1 初始对准Matlab 仿真环境建立  48-49
    4.3.2 传递对准误差模型  49-50
    4.3.3 传递对准系统设计  50-51
  4.4 动基座传递对准仿真和评估  51-56
  4.5 动基座传递对准可观测性分析  56-60
  4.6 传递对准中信息延时分析与补偿  60-62
    4.6.1 信息延时分析与补偿  60-61
    4.6.2 传递对准延时影响和仿真  61-62
  4.7 传递对准仿真结果分析  62-63
  4.8 本章小结  63-64
第五章 GPS/INS 组合导航系统初始对准  64-79
  5.1 初始对准Matlab 仿真环境建立  64-66
  5.2 组合对准  66-72
    5.2.1 组合对准设计  66-67
    5.2.2 动基座组合对准仿真和评估  67-72
  5.3 组合对准可观性分析  72-76
  5.4 组合对准降维滤波器  76-78
  5.5 本章小结  78-79
第六章 总结与展望  79-80
  6.1 论文总结  79
  6.2 进一步展望  79-80
硕士期间发表的论文或已投稿的论文  80-81
参考文献  81-86
致谢  86

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天器及其运载工具 > 人造卫星 > 应用卫星 > 导航卫星
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