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GPS/SINS组合导航系统仿真研究

刘培伟  
【摘要】:本文以短程导弹为目标,对捷联惯导系统(SINS)与全球定位系统(GPS)的组合导航系统进行了研究。该系统是综合了SINS自主性和GPS高精度优点的现代导航系统,具有导航精度高、可靠性高、小型化等优点,是现代导航系统的发展方向之一。 首先分析了捷联惯导系统的原理,讨论了捷联惯导系统的力学编排和误差分析;接着分析了GPS的定位原理和误差来源,为建立轨迹发生器和陀螺仪以及加速度计仿真模型、搭建捷联惯导和GPS仿真平台奠定了理论基础。 其次,根据组合导航系统需要,选择具体的DSP芯片,构建了组合导航硬件系统,并对其中的模数转换、FPGA、电源系统等设计作了详细的介绍。根据前面的捷联算法程序设计,提出一个可行的软件设计方案。 再次,对常规卡尔曼滤波理论作了系统地阐述,推导了离散系统的状态方程和测量方程。研究得出在系统噪声、观测噪声的统计特性不能确定时,常规卡尔曼滤波会造成滤波发散。 最后,针对常规Kalman滤波的发散现象,研究了改进的自适应Sage-Husa滤波,利用观测数据进行滤波递推的同时,通过时变噪声统计估值器,实时估计和修正系统噪声和观测噪声的统计特性,从而降低模型误差,抑制滤波发散、提高滤波精度,并对该滤波算法进行了仿真。通过仿真,验证了改进的自适应滤波的有效性,能适当降低卡尔曼滤波器的发散程度,提高了系统的导航精度和可靠性。


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