基于地籍测量过程的惯性定位技术研究

发布时间：2017-10-24 12:13

  本文关键词：基于地籍测量过程的惯性定位技术研究

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【摘要】：卫星定位、全站仪等多技术相结合的常规测量方法普遍存在着环境依赖度高及低效率等缺陷。本文利用实际地籍测量过程低动态和“随停随测随走”的特点,将对环境依赖度低、抗干扰能力强、结构简单易维护且自主性强的捷联惯性定位技术应用于地籍测量。针对捷联惯性测量系统误差累积的问题,提出充分利用地籍测量过程中的各种特殊测量点,结合引入的H2/H∞滤波和UKF-KF滤波方法,对捷联惯性测量系统的系统误差和惯性传感器误差进行估计和补偿,进而获得地籍测量待测点的高精度定位信息。本文的主要研究工作包括以下三个方面：1、阐述了捷联惯性测量系统在地籍测量中应用的基本原理。对捷联惯性测量系统在纯惯性工作状态下的定位性能进行分析；结合行进间测量过程中系统运动的特点,对用于捷联惯性测量系统姿态解算的四元数微分方程计算方法进行改进,给出了不同的四元数更新算法对系统最终定位性能的影响；推导了捷联惯性测量系统的误差方程。2、对特殊测量点在地籍测量中的使用策略进行了研究。详细推导了捷联惯性测量系统在各特殊测量点处的系统状态方程和观测方程；在建立捷联惯性测量系统数学模型基础上,采用基于奇异值分解的可观测度分析方法对不同特殊测量点处系统状态量的可观测情况进行分析；利用卡尔曼滤波算法对不同特殊测量点处系统状态的估计效果进行数学仿真验证；结合可观测性分析结论和卡尔曼滤波仿真结果,给出了特殊测量点在地籍测量中的使用策略。3、对H2/H∞滤波和UKF-KF滤波在地籍测量中的应用进行了研究。针对标准卡尔曼滤波方法在系统模型精确性差或者系统噪声统计特性未知时,存在估计精度下降甚至出现滤波发散,难以满足地籍测量高精度定位要求的问题,引入了一种基于非线性映射的估计加权H2/H∞滤波算法,并以零速修正点为例对其在地籍测量中应用的适用性进行了验证；结合地籍测量的实际情况,为提高测量工作效率,建立了位置已知点处非线性误差模型,并对模型进行了适当简化,针对常规UKF滤波方法存在计算量较大的问题,基于混合动态滤波思想,引入UKF-KF滤波方法进行位置已知点处系统状态的估计和补偿。通过数学仿真实验和半物理仿真实验,验证了本文给出的特殊测量点使用策略及地籍测量实用滤波方法是正确、有效的。
【关键词】：地籍测量 捷联惯性测量系统 可观测度 H~2/H~∞滤波 UKF-KF滤波
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P271
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 论文背景及意义8-11
• 1.1.1 地籍测量的概念及意义8
• 1.1.2 地籍测量技术发展现状8-11
• 1.2 惯性测量技术在地籍测量中的应用11-13
• 1.2.1 惯性测量技术发展历史11
• 1.2.2 惯性测量技术研究现状及其在地籍测量中的应用11-13
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排13-15
• 第二章 捷联惯性测量系统在地籍测量中应用的基本原理15-35
• 2.1 常用坐标系及其变换关系15-18
• 2.1.1 常用坐标系介绍15-16
• 2.1.2 常用坐标系间的变换关系16-18
• 2.2 捷联惯性测量系统的力学编排及定位性能仿真分析18-23
• 2.2.1 姿态更新算法18-21
• 2.2.2 速度更新算法21
• 2.2.3 位置更新算法21
• 2.2.4 捷联惯性测量系统纯惯性工作状态下定位性能仿真分析21-23
• 2.3 捷联惯性测量系统四元数微分方程计算方法的改进23-30
• 2.3.1 四阶龙格-库塔法求解四元数微分方程23-24
• 2.3.2 三阶泰勒展开递推法求解四元数微分方程24-26
• 2.3.3 不同四元数更新算法对系统定位性能影响的仿真分析26-30
• 2.4 捷联惯性测量系统误差方程30-34
• 2.4.1 惯性传感器误差模型30-32
• 2.4.2 捷联惯性测量系统误差模型32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 特殊测量点在地籍测量中的使用策略研究35-65
• 3.1 离散系统卡尔曼滤波基本原理36-37
• 3.1.1 离散系统卡尔曼滤波基本方程36-37
• 3.1.2 连续系统离散化37
• 3.2 不同特殊测量点处捷联惯性测量系统数学模型研究37-43
• 3.2.1 不同特殊测量点处捷联惯性测量系统状态方程37-39
• 3.2.2 不同特殊测量点处捷联惯性测量系统观测方程39-43
• 3.3 不同特殊测量点处系统状态变量可观测度分析43-53
• 3.3.1 系统状态变量可观测度分析的奇异值方法43-46
• 3.3.2 不同特殊测量点处系统状态变量可观测度分析结果46-53
• 3.4 不同特殊测量点处系统状态变量估计效果仿真分析53-63
• 3.4.1 坐标已知点处系统状态变量估计效果仿真分析53-55
• 3.4.2 零速修正点处系统状态变量估计效果仿真分析55-58
• 3.4.3 调平修正点处系统状态变量估计效果仿真分析58-60
• 3.4.4 位置已知点处系统状态变量估计效果仿真分析60-63
• 3.5 特殊测量点在地籍测量中的使用策略研究63-64
• 3.6 本章小结64-65
• 第四章 H~2/H~∞波和UKF-KF滤波在地籍测量中的应用研究65-87
• 4.1 H~2/H~∞-滤波在地籍测量中的应用研究65-72
• 4.1.1 H~∞-滤波算法65-67
• 4.1.2 KF性能评价的量化指标和性能评价方法67-68
• 4.1.3 基于非线性映射的估计加权H~2/H~∞滤波算法68-69
• 4.1.4 H~2/H~∞滤波算法在地籍测量中应用的仿真分析69-72
• 4.2 UKF-KF滤波在地籍测量位置已知点处的应用研究72-86
• 4.2.1 基于欧拉平台误差角的位置已知点处系统非线性误差模型推导73-75
• 4.2.2 位置已知点处系统非线性误差模型的简化75-77
• 4.2.3 位置已知点处混合动态滤波数学模型研究77-79
• 4.2.4 UKF滤波算法基本原理79-81
• 4.2.5 UKF-KF滤波及其在位置已知点处的应用81-86
• 4.3 本章小结86-87
• 第五章 基于地籍测量过程的惯性定位技术实验验证87-102
• 5.1 实验系统介绍及实验数据预处理87-90
• 5.1.1 实验系统介绍87
• 5.1.2 实验数据预处理87-90
• 5.2 特殊测量点使用策略半物理仿真验证90-98
• 5.2.1 坐标已知点半物理仿真结果90-92
• 5.2.2 零速修正点半物理仿真结果92-94
• 5.2.3 调平修正点半物理仿真结果94-96
• 5.2.4 位置已知点半物理仿真结果96-98
• 5.3 UKF-KF滤波在地籍测量中应用的半物理仿真验证98-101
• 5.4 本章小结101-102
• 第六章 总结与展望102-103
• 参考文献103-106
• 致谢106-107
• 硕士期间研究成果及论文发表情况107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 储海荣;段镇;贾宏光;郭立红;张跃;;捷联惯导系统的误差模型与仿真[J];光学精密工程;2009年11期

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本文编号：1088706