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《哈尔滨工程大学》 2010年
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车载组合导航系统关键技术研究

夏全喜  
【摘要】:军用车辆使用环境比较复杂,为了满足武器系统快速机动发射的需求,要求导航系统具有高精度、高可靠性、自主性和抗干扰性。任何单一的导航系统都难以满足这一要求,多传感器信息融合技术成为导航系统研究的主要技术途径。本文以陆战平台为应用背景,以提高导航系统定位精度、适应能力和可靠性为目标,设计了微捷联惯导系统(Micro Strapdown Inertial Navigation System, MSINS)、全球定位系统(Global Positioning System, GPS)和电子罗盘(Electrical Compass, EC)组合的导航系统,并对其相关的关键技术进行了研究,主要研究工作如下: 基于FPGA和ARM搭建了MSINS/GPS/EC组合导航系统硬件平台。为了提高组合导航子系统的精度,完成了对微惯性组件(Micro Inertial Measurement Unit, MIMU)的整体标定和性能测试,运用Allan方差分析方法对陀螺仪随机噪声进行分析和辨识,完整全面地掌握了噪声特性。针对MEMS陀螺仪随机噪声较大,会严重影响系统精度的问题,首先对随机漂移建立AR模型,然后提出基于状态扩增法设计Kalman滤波器滤除随机噪声,试验验证了该方法的有效性。 深入研究了捷联惯导系统状态变量的可观测度问题。针对广泛应用的奇异值分解方法只能分析状态的估计精度,不能分析收敛速度的问题,引入主元分析方法,提出了基于主元分析的可观测度分析算法。该方法利用状态变量在主元子空间的投影来确定状态的可观测度信息,定义了估计精度和估计速度两项指标,分别求取两项指标的估计值。从奇异值分解的物理意义入手,简化了可观测度求解方法,全面地获取状态的可观测度信息。仿真和试验结果验证了该方法的有效性。 对组合导航系统的数据融合算法进行了研究。为了降低GPS和EC的量测噪声,提出一种量测值平均化处理法和强跟踪Kalman滤波器相结合的算法。根据滤波器收敛性判据动态确定平均化时间,在保证滤波器收敛的前提下,使平均化时间最长,解决了传统量测值平均化方法难以确定平均化时间的问题,从而最大幅度降低了量测噪声,提高了系统精度。 为了提高组合系统在GPS和EC无效时的定位精度,研究了利用车辆运动学约束辅助MSINS工作的导航算法。提出一种将运动学约束辅助法、方位陀螺漂移消减法以及交互多模型法相结合的导航算法。利用运动学约束辅助法(Motion Constraints Aided,MCA),引入约束条件,构造虚拟观测量,设计滤波器进行状态估计,提高了位置、速度的估计精度;采用方位陀螺随机漂移消减算法(Heuristic Drift Reduction, HDR),设计闭环网络,对方位陀螺仪的随机漂移进行实时估计和补偿,提高了航向角的估计精度。将两种算法并列执行,其结果作为交互多模型算法(Interactive Multiple Model, IMM)中各子滤波器的观测量,并以载体运动方式构建系统方程,设计滤波器进行滤波,进一步提高了系统精度。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN967.2

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘彪;室外监控机器人的微小型组合导航系统设计[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 黄晓娜;基于云计算的导航定位综合应用集成系统关键技术研究[D];西北大学;2012年
3 刘帅;GPS/INS组合导航算法研究与实现[D];解放军信息工程大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 李涛;非线性滤波方法在导航系统中的应用研究[D];国防科学技术大学;2003年
2 王天真;智能融合数据挖掘方法及其应用[D];上海海事大学;2006年
3 黄智;车载导航系统组合定位技术研究[D];湖南大学;2006年
4 马云峰;MSINS/GPS组合导航系统及其数据融合技术研究[D];东南大学;2006年
5 徐田来;车载组合导航信息融合算法研究与系统实现[D];哈尔滨工业大学;2007年
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9 范利涛;自动转移飞行器自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
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4 张鹏;微机械陀螺的高精度“虚拟”实现方法研究[D];西北工业大学;2007年
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7 岳海波;GPS/DR车载组合导航定位系统研究[D];南京理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 张红良;吴文启;胡小平;;一种新的里程计刻度因子在线辨识算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 杨晓霞;黄一;;外场标定条件下捷联惯导系统误差状态可观测性分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 程建华;邹继斌;陈世同;刘星伯;;水下无人运载器捷联式惯导系统初始对准关键系统技术研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 严恭敏;严卫生;徐德民;;逆向导航算法及其在捷联罗经动基座初始对准中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 郭子伟;缪玲娟;沈军;;可观测性分析在改善静基座对准的工程应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 刘志平;无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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6 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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2 李超;基于手机浮动车的高速公路交通流监控系统研究与设计[D];山东科技大学;2010年
3 崔静怡;基于车载导航系统的大区域路径规划算法的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
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7 崔运涛;基于ARM+DSP的捷联航姿系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王昱丹;空间稳定型惯导系统分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 郭静;光纤陀螺捷联系统运动基座对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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1 王京起,陈慧岩;陆地自主车辆研究概况[J];车辆与动力技术;2002年04期
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【二级引证文献】
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1 刘帅;孙付平;陈坡;;基于伪距和多普勒观测值的DGPS/INS紧组合导航算法研究[J];测绘通报;2013年06期
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1 谢宏飞;INS辅助GPS模糊度快速恢复与周跳探测技术研究[D];解放军信息工程大学;2013年
2 苗岳旺;SINS/GPS组合导航数据处理方法研究[D];解放军信息工程大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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7 刘振兴;电机故障在线监测诊断新原理和新技术研究[D];华中科技大学;2004年
8 杨奎河;短期电力负荷的智能化预测方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
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10 冯丽;数据挖掘和人工智能理论在短期电力负荷预测中的应用研究[D];浙江大学;2005年
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1 高伟;捷联惯导系统的数据采集技术及初始对准研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 柳贵福;光学陀螺输入输出特性建模及补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 聂水茹;高动态环境下捷联惯导的优化算法研究[D];西北工业大学;2003年
4 张慧;车辆导航系统中GPS/DR/MM的组合研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 许丽佳;组合导航系统中的信息融合研究[D];北京工业大学;2004年
6 杜习奇;GPS与捷联惯导组合导航系统研究[D];南京理工大学;2004年
7 李学聪;基于组合导航系统的故障检测与诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
8 陈银溢;微惯性航向、姿态系统研究[D];中北大学;2005年
9 刘安鹏;基于MEMS技术的微型组合导航系统建模[D];西北工业大学;2005年
10 黄苹;捷联惯导系统标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
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5 本报记者 李冠礁;“三星”坠落难掩俄罗斯航天雄心[N];中国航天报;2010年
6 邹忠旺 本报记者 胡新平;我市建成GPS/MET水汽监测网[N];抚州日报;2008年
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9 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 白雪;基于农田特征的车载GPS运动模型辨识及定位误差研究[D];江苏大学;2011年
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1 阴学军;GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究[D];西南交通大学;2005年
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7 刘皓;GPS测量数据后处理方法研究[D];天津理工大学;2010年
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9 郭玲娟;GPS/GPRS技术在武警作战指挥辅助决策系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
10 蔡文明;基于A-GPS的定位系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
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