GPS/INS组合导航算法研究与实现

【摘要】：GPS/INS组合导航在军事、测绘中都有着巨大的应用价值，因此该领域一直是国内外的研究热点。本文从理论和实践两个方面，针对组合导航算法开展了一系列的研究工作。 本文的主要工作和贡献如下： （1）详细推导了GPS定位测速的误差方程，给出了最小二乘定位测速解算模型，分析了GPS的误差源及改正方法，使用自编软件对三款不同接收机实测数据进行了解算，结果表明：不同接收机间定位精度相当，但测速精度存在差异；伪距率相对测速精度并不优于伪距率单点测速；不同接收机钟差和钟速特性具有较大差异。 （2）研究了当地地理坐标系和地心地固坐标系下的惯导解算，着重推导了当地地理坐标系和地心地固坐标系下的惯导误差方程，分析了INS的误差源以及初始对准方法，使用自编软件对实测数据进行了纯惯导解算，结果验证了INS具有短期精度高、但误差随导航时间延长而迅速积累的特性。所推导的当地地理坐标系下的ENU位置误差形式的角误差方程是本文的新颖之处。 （3）研究了组合导航扩展卡尔曼滤波的基本理论，针对GPS观测异常引入了基于新息检测的扩展卡尔曼滤波理论，推导了当地地理坐标系和地心地固坐标系下的位置速度松组合卡尔曼滤波模型，推导了地心地固坐标系下的伪距伪距率紧组合和相对伪距伪距率紧组合卡尔曼滤波模型，分析了组合导航杠杆臂的改正方法，使用自编软件对实测数据进行了位置速度松组合、伪距伪距率紧组合、相对伪距伪距率紧组合解算，并对结果进行了比较与分析。对相对伪距伪距率紧组合的研究是本文的新颖之处。 （4）研究了轨迹仿真的基本原理，使用自编软件仿真了一段带有杠杆臂的轨迹，在此基础上研究了杠杆臂对组合导航的影响，推导了扩展杠杆臂参数的位置速度松组合卡尔曼滤波模型，并结合所仿真的数据对该模型进行了验证和分析，结果表明该模型能够准确的估计出杠杆臂参数。对组合导航杠杆臂的研究也是本文的新颖之处。