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双天线GPS/INS组合导航系统研究

李雪涛  
【摘要】: 组合导航技术是提高导航系统整体性能的有效途径。本论文主要围绕基于载波相位的双天线GPS/INS组合导航系统,进行了理论分析、数学建模、结构仿真等研究工作。 众所周知载体的方位问题在导航中一直是难以解决的问题,特别是载体处于静态或作直线运动时。如果沿载体纵向相距一定距离放置两个GPS天线,则在载体上两个天线载波相位之间求差可确定载体的方位。论文提出了用双天线GPS信号为观测量与惯导进行姿态(二维)组合,推导了双天线、位置、速度和惯导的状态方程和观测方程,并利用仿真验证了该方案的有效性。 在飞机精密进场、飞行器空中对接、战术战略武器精确制导等场合中对定位精度要求非常高。载波相位观测量在经过双差处理后能消除绝大部分公共误差后,可以达到厘米级的精度。论文采用结合双天线GPS信号和载波相位双差为观测量的方案,推导了系统的组合方程。本方案也通过仿真验证。 载波相位应用中存在着整周模糊度的求解和周跳的检测与修复两个关键性问题,只有有效的解决了这两个问题,才能获得高精度的导航结果。在对现有方法研究的基础上,本文采用了一种基于INS数据辅助的整周模糊度解算和周跳的检测与修复方法。其简单快速,较其他的传统方法有很大的优越性。 在系统数学模型和系统噪声与量测噪声的统计特性不确切已知的情况下,应用常规卡尔曼滤波可能产生发散现象。论文采用了一种结构比较简单,实时性较强,工程上比较实用的在线估计量测噪声统计特性的自适应滤波算法。仿真结果表明,这种算法具有较强的自适应性,是一种实用而有效的滤波方法。


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