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《国防科学技术大学》 2009年
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北斗/微惯导组合导航方法研究

何晓峰  
【摘要】: 随着我国北斗卫星导航系统建设的稳步推进和惯性导航技术的飞速发展,以及我军制导弹药发展的迫切需求,北斗/微惯导组合导航方法及相关应用技术已成为研究热点。本文利用软件接收机概念,构建北斗/微惯导组合导航系统,研究了基于软件接收机的紧组合与深组合导航框架,对于两类框架中的主要关键技术进行了优化设计,并对主要理论问题和方法进行了研究。论文的主要工作与创新点如下: 1.考虑SINS运动相关性条件下,从理论上进行软件接收机信号捕获与SINS的适配性分析。通过对软件接收机原理的分析,研究了基于软件接收机的BD-2/SINS组合导航方法框架;在此基础上,根据SINS辅助卫星信号捕获原理,深入分析了影响信号捕获性能的主要因素,利用SINS速度误差方程,推导了SINS性能与信号捕获性能之间的关系;针对载体高动态运动轨迹,分析了采用不同精度的SINS辅助对提高信号捕获性能的贡献;仿真结果表明,采用由100 deg/h精度的微陀螺和1 mg精度的微加速度计组成的低精度SINS辅助捕获卫星信号,在120 s内捕获灵敏度可以提高约4.2 dB-Hz。 2.研究了基于软件接收机的BD-2/MIMU紧组合导航方法。从理论上证明了表征卫星导航系统卫星几何分布特性的GDOP下界,对比分析了BD-2与GPS两系统的GDOP分布;针对BD-2系统包含三类轨道卫星的特点,提出了高动态条件下MIMU辅助快速选星算法,实验验证了算法的有效性;在紧组合导航方法框架下,设计了MIMU辅助环路跟踪条件下的紧组合导航算法,得出了在高动态情况下MIMU辅助的三阶PLL环路带宽为3 Hz时可保持环路锁定的结论;针对卫星信号缺失情况,提出了ANFIS辅助KF的紧组合导航算法,实验表明该算法在卫星信号失锁100 s内,仍能保持位置、速度精度不降低。 3.研究了基于软件接收机的BD-2/MIMU深组合导航方法。引入了半参数模型及广义补偿最小二乘估计的基本理论,阐述了正则矩阵与光滑因子的选取方式;针对MIMU系统误差较大的问题,在建立陀螺仪温度模型的基础上,针对陀螺仪启动过程的误差补偿问题,提出了半参数模型的系统误差建模与补偿算法;针对MIMU的随机误差,研究了基于AR(2)模型的推广递推最小二乘算法;实验验证了上述两个算法的可行性和有效性;研究了深组合导航算法的总体结构,采用序贯滤波方法设计了深组合导航滤波器,对矢量跟踪环结构进行了设计;针对矢量跟踪环结构中的基带信号预处理模块,研究了基于半参数模型的多项式拟合算法。 4.研制了基于软件接收机的BD-2/MIMU组合导航原理样机。利用北斗卫星信号模拟器及相关实验条件,结合实际的高动态飞行数据,设计了实验方案;对于真实轨迹驱动产生的BD-2模拟卫星信号进行了捕获实验,结果表明采用预检测积分5 ms时,能够成功捕获信号;从实验的角度阐述了紧组合与深组合方式的导航精度测试方案,对关键技术指标进行了评测,结果表明,整体上深组合导航精度稍优于紧组合导航,两种导航方法的位置精度优于6 m,速度精度优于0.15 m/s,水平姿态角优于0.4 deg,航向角精度优于0.5 deg。 5.研究了基于神经网络辅助卡尔曼滤波的BD-1/SINS组合导航方法。针对BD-1有源定位带来的时间延迟问题,在理论上分析了神经网络辅助卡尔曼滤波算法的有效性;构建了BD-1/SINS组合导航原理样机,车载实验结果表明,算法提高了定位精度,特别是在卫星信号暂时失锁情况下,性能改善更为明显,水平定位精度优于50 m。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN967.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 杨长林;柏秀亮;刘延飞;陈聪;欧迪栋;;新息自适应区间Kalman滤波算法及其应用[J];传感器与微系统;2012年11期
2 陈坡;韩松辉;归庆明;孙付平;;卫星导航中GDOP最小值的分析与仿真[J];弹箭与制导学报;2013年02期
3 崔建勇;陈坡;杨坤;;虚拟卫星法在GNSS/INS组合导航中的应用[J];测绘科学技术学报;2012年02期
4 董昱;李慧娟;;基于改进的无迹粒子滤波算法的列车组合定位方法研究[J];科学技术与工程;2014年03期
5 陈杨;唐艳;周伟;徐昕诰;;基于软件接收机的GNSS/INS深组合导航算法研究[J];全球定位系统;2013年01期
6 李森;李长会;刘宁;杨昊;;GNSS导航中GDOP最小值的分析与验证[J];全球定位系统;2013年02期
7 郭瑶;吴文启;罗兵;何晓峰;;基于GNSS模拟器的加速度辅助跟踪实验验证[J];仪器仪表学报;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 孙守明;基于X射线脉冲星的航天器自主导航方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 任孝平;汽车状态软测量和车载组合导航系统故障检测技术研究[D];中南大学;2012年
3 王晓明;光学实时水平基准测量方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
4 陈坡;GNSS/INS深组合导航理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2013年
5 马涛;光纤捷联惯导及其卫星深组合导航算法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 黄程程;基于自适应卡尔曼滤波的汽车质心侧偏角估算研究[D];吉林大学;2011年
2 李子月;高动态下GPS/SINS超紧组合导航系统研究[D];浙江大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 惠怀志;蔡伯根;;组合导航信息融合算法的研究[J];北京交通大学学报;2007年02期
2 赵龙,刘准,陈哲;递推阻尼最小二乘及其在INS双星组合中应用[J];北京航空航天大学学报;2003年12期
3 张玉册,梁开龙;GPS的现代化计划与第三信号L5[J];测绘工程;2002年01期
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5 魏二虎;柴华;刘经南;;关于GPS现代化进展及关键技术探讨[J];测绘通报;2005年12期
6 曲江华,袁洪,宁百齐;一种新的软件GPS静态接收机频域跟踪方法[J];测绘学报;2005年04期
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9 文立;刘建业;李荣冰;;面向深组合导航技术的GPS软件接收机捕获算法[J];弹箭与制导学报;2009年01期
10 张贵明,黄顺吉,张元莉;一种新的GPS导航卫星选择算法[J];电子科技大学学报;2000年03期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 丁士俊;测量数据的建模与半参数估计[D];武汉大学;2005年
2 逯亮清;基于载波相位干涉测量的双星定向技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 武元新;对偶四元数导航算法与非线性高斯滤波研究[D];国防科学技术大学;2005年
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5 练军想;捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
6 张开东;基于SINS/DGPS的航空重力测量方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 唐康华;GPS/MIMU嵌入式组合导航关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
8 潘献飞;基于机抖激光陀螺信号频域特性的SINS动态误差分析与补偿算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘俊成;GPS软件接收机关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 于海亮;基于INS辅助的GPS接收机捕获和跟踪技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡伯根;利用GPS和惯性传感器的融合和集成实现车辆定位[J];北方交通大学学报;2000年05期
2 王松;刘明光;石双双;杨罡;;基于卡尔曼滤波和神经网络的PMSM参数辨识[J];北京交通大学学报;2010年02期
3 秦志强;数据融合技术及其应用[J];兵工自动化;2003年05期
4 周徐昌;沈建森;;惯性导航技术的发展及其应用[J];兵工自动化;2006年09期
5 曾勇;谭红力;黄新生;;基于神经网络的捷联惯导系统温度补偿[J];兵工自动化;2006年09期
6 常波;周徐昌;胡博;;单自由度陀螺仪冗余系统的故障检测与识别[J];兵工自动化;2007年12期
7 张李方;程锦房;何希盈;;矢量水听器与Kalman滤波在水雷引信中的应用[J];兵工自动化;2008年12期
8 李茂;岳曾敬;;自适应交互式多模型目标跟踪算法[J];兵工自动化;2009年05期
9 钱辉;丁永忠;;大航程AUV SINS/DVL组合导航定位精度研究[J];兵工自动化;2010年02期
10 林雪原;李炳荣;;基于量测多尺度预处理的GPS/SINS组合导航系统[J];兵工自动化;2010年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵国庆;张建帅;;半参数模型及在大坝监测数据处理中的应用[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 李春进;李明峰;常小林;;基于卡尔曼滤波的公路施工控制点稳定性分析[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 何晓峰;胡小平;吴美平;秦海力;;车载SINS/GPS紧组合导航算法研究与实现[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 章大勇;吴文启;吴美平;;低成本MEMS-IMU/GPS组合导航的自适应滤波器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 张亚崇;;容错导航技术及其在INS/GPS/Doppler组合导航系统中的应用研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 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
10 肖洪兵;郭泽荣;;旋转弹载GPS自动跟踪系统设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 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
4 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 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
6 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[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 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭凤华;基于卡尔曼滤波的高精度磷酸根离子分析仪的设计[D];郑州大学;2010年
2 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
3 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
4 苑海静;船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张立华;光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 马汉增;微惯性组合惯导系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 吕玉红;船用捷联系统传递对准方法及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 洪伟;基于ARM的GPS接收机导航解算模块设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张仁丹;船舶航迹控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王允峰;船舶纵横摇和升沉运动预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘江;蔡伯根;;一种组合导航的自适应信息融合算法[J];北京交通大学学报;2008年02期
2 贾继超;李岁劳;吴训忠;姚军军;;坡度对车载航位推算系统的影响分析研究[J];兵工学报;2010年12期
3 耿延睿,崔中兴,张洪钺,房建成;衰减因子自适应滤波及在组合导航中的应用[J];北京航空航天大学学报;2004年05期
4 赵昀;寇艳红;黄智刚;张其善;;软件GNSS信号模拟器架构与中频信号生成[J];北京航空航天大学学报;2009年07期
5 杨博;郭星灿;杨勇;;X射线脉冲星导航在行星际轨道上的应用[J];北京航空航天大学学报;2009年11期
6 康连生;中国射电天文观测和研究展望[J];北京师范大学学报(自然科学版);2005年03期
7 王志;;水平式机架结构设计要素[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年04期
8 李辉;张安;徐琦;黄治军;;连续小波变换在传感器故障诊断中的应用[J];传感技术学报;2005年04期
9 徐涛;王祁;;基于小波包神经网络的传感器故障诊断方法[J];传感技术学报;2006年04期
10 陈海明;熊智;乔黎;韩龄;;天文—惯性组合导航技术在高空飞行器中的应用[J];传感器与微系统;2008年09期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 王君;高鹏;富立;;基于速度辅助跟踪环路的GNSS/INS超紧组合导航系统研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
2 曹鹤;郑伟;;基于X射线脉冲星的航天器姿态确定方法[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 吴富梅;GNSS/INS组合导航误差补偿与自适应滤波理论的拓展[D];解放军信息工程大学;2010年
6 叶萍;MEMS IMU/GNSS超紧组合导航技术研究[D];上海交通大学;2011年
7 张景伟;INS/GPS/SAR组合导航系统关键问题研究[D];西北工业大学;2003年
8 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
9 周雪梅;基于多尺度估计理论的组合导航系统研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 黄智;车载导航系统组合定位技术研究[D];湖南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李在鹏;半潜式海洋潮流电站系统性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 崔东坡;吊艇架被动式抗摆技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 徐学军;深海Spar平台垂荡—纵摇耦合非线性运动响应研究[D];中国海洋大学;2011年
4 高春雷;基于天文观测的高空长航无人机组合导航技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 杨永刚;亚轨道飞行器导航系统方案研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 匡鸿博;高动态GPS信号跟踪技术的研究[D];上海交通大学;2010年
7 朱江华;高动态GPS信号模拟和处理研究[D];上海交通大学;2011年
8 刘亿;油船极限强度的共同规范及与短期海况相关性研究[D];华中科技大学;2009年
9 文立;基于环路卡尔曼估计的惯性/GPS深组合算法研究[D];南京航空航天大学;2011年
10 牟涵;桁架式Spar平台非线性耦合运动响应特性研究[D];大连理工大学;2011年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 怀洋;邵琼玲;路振民;;北斗/GPS混合定位模块UM220应用研究[J];国外电子测量技术;2014年03期
2 王霞;;简述导航系统在汽车技术中的应用研究[J];黑龙江科技信息;2014年03期
3 林棻;黄超;;汽车质心侧偏角估计的研究现状及发展[J];中国机械工程;2013年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 王党卫;郑伟;王奕迪;;基于脉冲星的卫星自主导航方法研究现状分析[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S9 组合导航与导航新方法[C];2013年
2 郑伟;王奕迪;吴江;;X射线脉冲星导航系统性能分析[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S9 组合导航与导航新方法[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 任红飞;相对论框架下脉冲星导航模型的研究[D];解放军信息工程大学;2012年
2 盛立志;X射线脉冲星信号模拟源及探测器关键技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王启波;基于实车试验的营运客车操纵稳定性状态参数研究[D];吉林大学;2013年
2 姜楠;坐标转换算法研究与软件实现[D];安徽理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 韩军海,陈家斌;舰船在风浪干扰下的快速传递对准技术研究[J];北京理工大学学报;2004年10期
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1 汤建勋;机械抖动激光陀螺抖动偏频系统的研究与设计[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
2 谢元平;机械抖动激光陀螺鉴相解调与稳频技术的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
3 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
4 孙中苗;航空重力测量理论、方法及应用研究[D];解放军信息工程大学;2004年
5 逯亮清;基于载波相位干涉测量的双星定向技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
6 武元新;对偶四元数导航算法与非线性高斯滤波研究[D];国防科学技术大学;2005年
7 郑冲;双星/道路组合定位技术及基于双星定位系统的快速定向技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
8 王宇;机抖激光陀螺捷联惯导系统的初步探索[D];国防科学技术大学;2005年
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1 王岩;机抖激光陀螺捷联惯导系统的标定方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 杨迪;直接扩频接收机的码捕获与跟踪技术研究[D];昆明理工大学;2007年
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1 王贵;;GPS软件接收机的设计结构分析[J];今日科苑;2008年10期
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3 刘银锋;陈小惠;李传君;刘晖;;GPS L1信号C/A码的高效并行软件相关器研究[J];舰船电子工程;2010年07期
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6 左启耀;袁洪;林宝军;牛国朋;;一种单频GPS软件接收机的设计实现[J];计算机仿真;2008年01期
7 张瑜;秦红磊;;基于软件GPS接收机的最小二乘定向技术研究[J];现代电子技术;2010年01期
8 严颂华;张训械;;基于GNSS-R信号的土壤湿度反演研究[J];电波科学学报;2010年01期
9 葛胜;王庆;曾庆喜;李传君;;GPS L2 CM码产生和同步的FPGA实现方法[J];舰船电子工程;2009年02期
10 金天;师林;李晓白;;基于独立DSP平台的实时卫星导航接收机的设计[J];电子技术应用;2009年09期
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2 黄隽祎;李荣冰;刘建业;谢非;;高动态软件接收机环路自调节跟踪技术研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S07北斗/GNSS用户终端技术[C];2012年
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5 刘艳;让中国的每只鸡多卖五毛钱[N];人民政协报;2003年
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7 记者 王华楠;组合导航定位为农机引路[N];中国技术市场报;2011年
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1 何晓峰;北斗/微惯导组合导航方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
2 祖秉法;“北斗二号”民用软件接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王育红;软件接收机若干关键技术研究[D];西安电子科技大学;1998年
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9 徐帆;惯性/天文/卫星组合导航方法研究[D];北京航空航天大学;2009年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗正平;北斗二号民用软件接收机的算法研究与仿真[D];电子科技大学;2012年
2 孙颢;GPS软件接收机算法研究与实现[D];西安电子科技大学;2010年
3 易盛;GPS软件接收机的数据处理及实现[D];上海交通大学;2010年
4 邹世合;GPS软件接收机设计及仿真[D];北京邮电大学;2012年
5 张彪;基于圆周移位捕获算法的GPS软件接收机[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2013年
6 魏玲玲;高灵敏度GPSL1/L2C软件接收机捕获算法研究[D];南京航空航天大学;2013年
7 季伟波;GPS软件接收机捕获关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
8 刘银锋;GPS软件接收机实时跟踪关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
9 侯奇慧;GNSS-R算法研究及软件接收机设计[D];北京化工大学;2013年
10 严隆辉;GPS/BDII民用软件接收机基带算法研究与实现[D];电子科技大学;2013年
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