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嵌入式GPS/SINS组合导航技术研究

刘超慧  
【摘要】:GPS/SINS组合导航能够使全球定位系统(Global Positioning System, GPS)与捷联惯性导航系统(Strapdown Interial Navigation System, SINS)取长补短、充分发挥各自优点,得到高精度、高可靠的导航信息,已经成为当前组合导航技术的重要研究方向。本文针对低成本、小型化的嵌入式GPS/SINS组合导航系统进行了研究。 首先,建立了GPS/SINS组合导航系统的数学模型。对GPS/SINS组合导航原理进行了详细的分析,包括全球定位系统的定位原理和误差来源;捷联惯导系统的力学编排和误差来源;GPS/SINS组合导航的位置、速度组合模式。在此基础之上,建立了基于卡尔曼滤波的GPS/SINS组合导航系统数学模型。 其次,完成了嵌入式GPS/SINS组合导航系统的硬件设计与实现。给出了系统硬件总体设计方案,详细介绍了GPS功能模块、SINS功能模块,设计与实现基于ARM9的主控计算机功能模块。 然后,基于WinCE嵌入式操作系统环境,完成了嵌入式GPS/SINS组合导航系统的软件设计与实现。提出了GPS与SINS数据的时间同步方法,研制了嵌入式GPS/SINS组合导航软件。 最后,通过车载试验验证了在ARM9硬件平台和WinCE操作系统下建立的嵌入式GPS/SINS组合导航系统的性能。通过纯惯导与组合导航的试验数据的比较,验证了组合导航可以有效解决误差积累问题。通过自主开发组合导航系统与国外产品的试验数据对比,验证了自主开发组合导航系统的导航精度。通过试验,分析验证了卡尔曼滤波参数选取的正确性和时间同步方法的有效性。 本文的研究能够为开发无人机机载导航与控制系统提供参考,同时对其它低动态飞行器导航任务也有借鉴意义。


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