船舶综合导航多源信息融合技术研究

发布时间：2017-09-09 21:32

  本文关键词：船舶综合导航多源信息融合技术研究

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【摘要】：随着导航技术和控制理论的发展，多传感器组合导航系统已经成为船舶上最主要的导航系统。船舶组合导航系统包含多种导航传感器，因此如何充分有效的利用和处理来自多传感器的数据已经成为船舶组合导航系统的主要问题。本文对SINS/GPS/BD2/DVL组合导航系统为研究对象，实现了SINS/GPS/BD2/DVL组合导航系统的设计与仿真，达到了导航系统必须提供远距离及长时间范围内的精确定位、速度及姿态信息的要求。主要研究工作如下： 首先，研究了SINS(平台惯性导航系统)、GPS(卫星导航系统)、BD2(北斗二代导航系统)和多普勒计程仪等导航设备或辅助导航设备的导航原理、导航特征以及系统的误差特性。详细讨论了捷联惯性导航系统的解算步骤，并对其系统误差进行了详细分析并给出了各自的误差方程，最后通过Matlab软件进行了轨迹发生仿真。 接着介绍了信息融合的基本理论和功能结构，对组合导航信息融合的方法进行了比较，分析了卡尔曼滤波的离散化问题。综合考虑系统的各方面要求，，根据课题的背景需要，认为针对工程应用而言，无重置结构是本文应该采用的联邦滤波结构。 在上述理论分析的基础上，根据联邦滤波算法，确定了各个导航子系统的组合模式，设计了一种多传感器数据融合方案，就方案实现的细节进行了详细的分析和描述并建立了SINS/GPS/BD2/DVL的数学模型。接着，还对设计的融合方案进行软件仿真分析，结果表明无重置结构的联邦滤波能够很好的提高系统的导航精度。 最后设计了组合导航上位机软件，实现了在上位机中导航数据的接收，船舶航迹的动态演示，以及数据的处理。
【关键词】：组合导航 信息融合 联邦滤波 船舶导航
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U666.11;TP202
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 课题背景及意义15-18
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势18-20
• 1.3 论文的研究内容和结构安排20-22
• 第2章 捷联式惯导、GPS、BD2、DVL 导航系统基本原理及误差分析22-54
• 2.1 捷联式惯性导航系统原理及仿真22-36
• 2.1.1 常用坐标系及坐标系的转换22-25
• 2.1.2 捷联惯性导航系统基本原理25-32
• 2.1.3 惯导系统误差分析32-35
• 2.1.4 轨迹仿真35-36
• 2.2 多普勒测速仪(DVL)原理及误差分析36-40
• 2.2.1 多普勒测速原理36-39
• 2.2.2 多普勒测速仪测速的误差分析39-40
• 2.3 GPS 原理及误差分析40-45
• 2.3.1 GPS 系统概述40-41
• 2.3.2 GPS 卫星导航定位系统构成41-43
• 2.3.3 GPS 卫星导航定位原理43
• 2.3.4 GPS 系统误差分析43-45
• 2.4 北斗导航系统原理及误差分析45-53
• 2.4.1 北斗一代双星定位系统45-47
• 2.4.2 北斗二代卫星导航系统47-51
• 2.4.3 北斗卫星导航系统误差分析51-53
• 2.5 本章小结53-54
• 第3章 组合导航的信息融合技术54-64
• 3.1 信息融合的基本原理与功能结构54-57
• 3.1.1 信息融合的基本原理54-55
• 3.1.2 多传感器系统的描述55-56
• 3.1.3 信息融合系统的结构模型56-57
• 3.2 组合导航系统的信息融合技术57-58
• 3.2.1 集中滤波与分散滤波58
• 3.3 卡尔曼滤波在组合导航系统中的应用58-62
• 3.3.1 离散型卡尔曼滤波方程及其直观解释59-60
• 3.3.2 系统的状态空间模型描述及其离散化60-62
• 3.4 联邦滤波基本理论62-63
• 3.4.1 联邦滤波器要解决的问题62-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第4章 SINS/GPS/BD2/DVL 组合导航系统设计及仿真64-80
• 4.1 SINS/GPS/BD2/DVL 联邦滤波器设计方案64
• 4.1.1 SINS/GPS/BD2/DVL 联邦滤波器的结构64
• 4.2 SINS/GNSS 组合导航组合模式64-66
• 4.2.1 浅组合65
• 4.2.2 深组合65-66
• 4.2.3 超深组合66
• 4.3 SINS/GNSS 组合导航基本原理66-68
• 4.4 SINS/GPS 子滤波器设计68-70
• 4.4.1 SINS/GPS 组合导航系统状态方程68-69
• 4.4.2 SINS/GPS 组合导航系统量测方程69-70
• 4.5 SINS/BD2 子滤波器设计70-71
• 4.5.1 SINS/BD2 组合导航系统状态方程70-71
• 4.5.2 SINS/BD2 组合导航系统量测方程71
• 4.6 SINS/DVL 子滤波器设计71-74
• 4.6.1 SINS/DVL 组合导航系统状态方程71-73
• 4.6.2 SINS/DVL 组合导航系统量测方程73-74
• 4.7 联邦滤波器算法详细设计74-75
• 4.7.1 联邦滤波器算法概述74
• 4.7.2 子滤波器算法74
• 4.7.3 主滤波器算法74-75
• 4.8 SINS/GPS/BD2/DVL 联邦滤波器的仿真75-78
• 4.9 本章小结78-80
• 第5章 组合导航系统上位机软件设计80-90
• 5.1 软件开发平台的选择80-81
• 5.1.1 Visual C++6.0 的开发环境80
• 5.1.2 VC++应用程序的创建过程80-81
• 5.2 船舶航迹仿真模块81-82
• 5.3 上位机观测平台82-88
• 5.3.1 串口收发模块82-84
• 5.3.2 协议解析模块84
• 5.3.3 软件登陆模块84-85
• 5.3.4 数据处理显示模块85-88
• 5.4 本章小结88-90
• 总结与展望90-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文96-98
• 致谢98-99
• 详细摘要99-102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：822874