面向高动态环境的SINS/GPS高精度组合测量中的关键问题研究

发布时间：2023-03-23 05:54

　　随着我国社会经济的快速发展和国际竞争力的逐步提升,工程技术领域对载体运动参数的测量要求也在不断提高,主要体现在测量的精度、长期稳定性以及动态范围等方面,具体的工程应用则包括高分辨率对地观测系统的运动误差补偿、大型舰船船体动态变形的实时测量等。当前,就精度性能而言,单一的测量系统已经很难满足实际工程应用的需求。因此,在尽量不增加硬件成本的基础上,充分利用先进的理论和算法对捷联式惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)与全球定位系统(Global Positioning System, GPS)进行综合,构成以SINS为主的高精度组合测量系统,具有相当重要的实际应用价值。实际的载体运动往往具有动态变化剧烈(包括角运动和线运动)、突发性强以及随机不确定等特征(高精度的应用场合更是如此)。高动态的载体运动环境下,如何保证系统整体的精度性能是SINS/GPS组合测量需要解决的首要问题。本文以高动态环境下的SINS/GPS组合系统为对象,以有效提高组合测量的整体精度为目标,从捷联惯性导航算法的适用性和组合系统的数据融合两个方面进行了较为深入...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 捷联惯性导航算法
        1.2.2 非线性滤波方法
        1.2.3 SINS/GPS组合策略
    1.3 论文的研究内容与主要贡献
第二章 捷联螺旋优化算法
    2.1 对偶数、对偶向量以及对偶四元数
    2.2 螺旋矢量微分方程
    2.3 数值积分算法
        2.3.1 对偶四元数链乘规则
        2.3.2 螺旋矢量微分方程的近似解
    2.4 特殊的螺旋运动
    2.5 螺旋算法及其优化
        2.5.1 采用增量信号结构的算法
        2.5.2 采用瞬时信号结构的算法
    2.6 数值仿真结果及分析
    2.7 本章小结
第三章 圆锥优化算法的姿态解算精度分析
    3.1 经典圆锥运动
    3.2 姿态解算
        3.2.1 角增量圆锥优化算法
        3.2.2 硬件增强角速率圆锥优化算法
        3.2.3 角速率圆锥优化算法
    3.3 周期分量的影响
        3.3.1 旋转矢量的变化量
        3.3.2 算法的分类
    3.4 数值结果与分析验证
    3.5 本章小结
第四章 改进的圆锥优化算法
    4.1 捷联姿态算法的结构
    4.2 针对周期分量的改进算法
        4.2.1 改进的角增量圆锥优化算法
        4.2.2 改进的硬件增强角速率圆锥优化算法
        4.2.3 改进的角速率圆锥优化算法
    4.3 算法性能验证
    4.4 本章小结
第五章 SINS/GPS非线性组合滤波
    5.1 SINS/GPS松组合系统的数学模型
        5.1.1 状态方程
        5.1.2 量测方程
    5.2 状态变量可观测度
        5.2.1 系统的可观测性
        5.2.2 松组合系统的状态变量可观测度
    5.3 强跟踪CKF算法
        5.3.1 CKF原理
        5.3.2 强跟踪滤波思想
        5.3.3 改进的强跟踪CKF滤波结构
    5.4 组合滤波策略
        5.4.1 组合系统数学模型的离散化
        5.4.2 松组合系统滤波策略
    5.5 数值仿真及半物理实验验证
        5.5.1 模拟仿真结果
        5.5.2 半物理实验验证
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文的主要结论及创新点
    6.2 对下一步研究工作的展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的科研成果



本文编号：3768418