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MIMU/GPS/磁强计组合导航序贯自适应滤波技术

张晶宇  
【摘要】:随着微机电技术的迅速发展,微惯性测量器件以其低成本和小型化的优点成为国内外导航技术领域一个新的研究热点。本文以MIMU/GPS/磁强计组合系统的应用作为研究背景,对该组合系统的序贯处理技术以及基于序贯结构的自适应滤波技术进行了研究。论文的主要工作和创新点如下: 1、推导并建立MIMU/GPS/磁强计组合系统的15维滤波模型。阐述了自适应滤波器的设计原则,对卡尔曼滤波异常误差检测的两种方法进行了研究分析。将序贯处理应用于组合系统中,设计了相应的信息融合策略,使之能够充分地利用GPS和磁强计输出的信息。仿真和车载实验表明,当传感器数据输出频率较高时,序贯处理滤波结果与标准卡尔曼滤波的结果基本一致,而当传感器输出频率较低时,前者的滤波效果大大好于后者。 2、研究了序贯结构下抗差自适应滤波器的设计。首先对三种单抗差自适应滤波方法的抗差性进行了分析研究,对抗差效果较好的渐消自适应滤波和基于残差的抗差自适应滤波进行了对比分析,改进了基于残差的抗差自适应滤波,使之鲁棒性更强,抗差效果更好。接着基于序贯结构设计了双抗差自适应滤波器,能够抑制多种传感器在同一时刻和不同时刻的异常误差。最后对载体机动对异常误差检测的影响进行了分析,并设计了相应的机动规避措施。 3、研究了序贯结构的Sage-Husa自适应滤波,并在组合系统中进行应用。分析了Sage-Husa自适应滤波的基本特点,对该自适应滤波进行了简化,给出了量测噪声阵Rk两种估计方法的等价性证明。将协方差匹配引入Sage-Husa自适应滤波,以检验其抗差效果。将简化的Sage-Husa自适应滤波应用于组合系统中,经过实验分析可知,自适应滤波的效果受量测噪声信息量多少的影响不大,对传感器信息的利用率是影响其滤波效果的主要因素;Sage-Husa自适应滤波也并不擅长抗差,和前文研究的抗差自适应滤波相比在抗差效果和实现简易性上差距较大。


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