井下捷联惯导定位系统初始对准滤波应用研究

发布时间：2017-05-16 08:04

  本文关键词：井下捷联惯导定位系统初始对准滤波应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭能源在我国占有举足轻重的地位,但煤矿井下的安全条件相对薄弱。针对现有井下定位系统并不能实时准确地向求援人员提供位置信息以及运行轨迹,在发生重大事故时往往致使救援人员错失最佳救援时机。鉴于此,对井下定位系统进行改善已经迫在眉睫。具有自主导航功能的捷联惯性导航系统能够不受井下复杂环境的干扰,提高人员或设备导航数据的精度。因此为了改善定位质量本文将捷联惯性导航系统引入煤矿井下。初始对准精度的高低对捷联惯性导航系统的定位精度具有举足轻重的影响。故本文重点研究设计一种合理的适用于煤矿井下复杂环境的初始对准滤波算法,在减少计算量与滤波发散的同时最大限度地提高初始对准的精度,保证定位的准确性。结合煤矿井下的具体应用环境,通过对传统线性卡尔曼滤波以及EKF(Extended Kalman Filter)算法等几种应用于捷联式惯性导航系统初始对准滤波算法的研究、分析和比较,得出的运用适应性更强的非线性滤波UKF(Unscented Kalman Filter)算法能够使得滤波精度更高,收敛速度更快。针对煤矿井下噪声的非高斯分布、位置随机误差以及外部干扰等不确定因素,对UKF进行优化改进,并且在引入闭环滤波系统,降低算法计算量的同时,减少了滤波的发散,提高了系统的实时性。本文通过对初始对准滤波算法和捷联式惯性导航系统误差的优化和相互融合,完成捷联惯性导航系统初始对准数据的精准校正。在论文中对传统线性卡尔曼滤波、EKF和优化改进的UKF进行仿真对比,验证了优化改进的UKF算法在非线性条件下的实用性以及初始对准精度的提高。
【关键词】：捷联惯性导航 初始对准 误差矩阵 滤波算法 改进UKF
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 惯性技术的发展状况15-16
• 1.3 初始对准滤波技术的应用与发展16-18
• 1.4 研究内容及论文结构18-20
• 2 捷联惯性导航系统基本理论20-28
• 2.1 基本原理及特点概述20-21
• 2.2 导航常用坐标系及变换关系21-24
• 2.3 系统误差源分析24-25
• 2.4 姿态转换算法25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 捷联惯导系统初始对准及误差研究28-36
• 3.1 初始对准基本原理28-29
• 3.2 捷联惯导系统初始对准误差模型29-33
• 3.3 动态定位中误差的修正33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 捷联惯导系统非线性滤波算法研究36-46
• 4.1 传统卡尔曼滤波算法36-40
• 4.2 无迹卡尔曼滤波算法的研究40-43
• 4.3 动态定位中改进无迹卡尔曼滤波器的设计43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 无迹卡尔曼滤波器在SINS初始对准中的应用与仿真46-55
• 5.1 SINS闭环滤波系统的研究46-48
• 5.2 无迹卡尔曼滤波在SINS初始对准中的仿真48-51
• 5.3 改进UKF在SINS初始对准中的仿真比较51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 全文总结与展望55-57
• 6.1 论文主要研究内容总结55
• 6.2 后续研究工作展望55-57
• 参考文献57-60
• 作者简历60-62
• 学位论文数据集62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张炎华,程加斌;鲁棒滤波及舰载武器捷联系统初始对准研究[J];上海交通大学学报;1997年04期

2 张卫明;张继惟;范子杰;钟山;;UKF方法在惯性导航系统初始对准中的应用研究[J];系统工程与电子技术;2007年04期

3 朱利锋,鲍其莲,张炎华;捷联惯导系统初始对准的H_∞滤波及卡尔曼滤波比较研究[J];中国惯性技术学报;2005年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李伟;ZigBee和GIS技术的井下人员定位系统的应用[D];太原理工大学;2010年

  本文关键词：井下捷联惯导定位系统初始对准滤波应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：370265