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MIMU/GPS/磁强计组合导航技术研究

作　者: 管斌
导　师: 胡小平
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 低成本 组合导航 磁强计 磁航向角误差分析 罗差校正
分类号: TN967.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 220次
引　用: 2次
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内容摘要


20世纪90年代以来,高新技术武器装备在战争中的应用越来越多,其作用也越来越显著,打击兵器的精确化已成为未来高新技术武器装备发展的必然趋势。随着军用领域对导航设备需求的不断增加,导航系统自身的低成本要求也越来越高。MIMU/GPS组合导航系统利用GPS、MIMU各自的优点对彼此的缺点进行互补,是一种理想的低成本组合方案。然而对于低成本的MIMU与GPS而言,该组合系统存在着载体航向角误差可观测性较差的问题,当载体的加速度为零或较小时,系统航向角误差容易发散;磁传感器进行导航具有定姿完全自主、全天侯服务等优点,将其加入MIMU/GPS组合中,可以弥补了MIMU与GPS组合的不足。因此,本文从以下几个方面针对低成本MIMU/GPS/磁强计组合系统开展了研究:1、推导并建立了MIMU/GPS/磁强计组合系统的15维状态滤波模型。从系统的可观测性及航向角误差两方面对组合系统的性能进行了分析。可观测性分析表明磁强计加入组合系统后,系统的航向角误差在各种运动条件下均可观测,弥补了MIMU/GPS组合系统在特定运动状态下存在的不足;航向角误差分析结果表明,不考虑磁强计的量测误差,在我国国土范围内,当水平姿态角的误差在±0.5度之内且俯仰角在±10度范围之内时, MIMU/GPS/磁强计组合导航系统的航向角误差不超过±1度。2、设计了一种基于递推最小二乘方法的在线罗差校正方法。在总结传统罗差校正方法的基础上,分析了其在工程应用中的局限性,设计了基于递推最小二乘方法的罗差校正方法,通过试验对基于递推最小二乘方法的罗差校正方法进行了验证;试验结果表明,本文设计的方法可以实现磁航向系统的现场校正,通过在线计算对系统进行罗差修正,对该方法的有效性进行了验证。3、通过仿真试验及车载试验对组合导航系统进行了验证。基于Simulink的仿真试验表明,将磁强计加入MIMU/GPS组合导航系统后,解决了当载体的加速度为零或较小时,原组合系统航向角误差易发散的问题;在各种运动状态下,所得MIMU/GPS/磁强计组合导航系统的位置、速度与姿态误差均有效收敛。选用低成本传感器设备作为试验器材,进行了静态试验与车载试验。静态试验表明,将磁强计加入MIMU/GPS组合系统前后,系统的水平姿态角误差收敛效果基本一致,而加入磁强计后组合系统的航向角误差由发散变为有效收敛。车载试验表明,MIMU/GPS/磁强计组合导航系统中加以合适的算法,并在系统运行前对系统进行罗差校正,系统各方面误差水平较小。

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统 > 复合导航系统
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