基于Kalman滤波的滚转弹运动参数GPS/IMU组合测量方法研究
发布时间：2021-04-06 03:19
飞行器运动参数的精确测量是控制飞行器姿态和运动轨迹的必要前提,论文主要是针对具有一定转速的滚转弹运动参数的测量和估计问题展开研究工作。本文首先概述了捷联惯性导航系统的基本原理,详细地推导了运动参数（姿态角、速度、位置）的非线性动态方程,并结合六自由度外弹道模型,构建了滚转弹运动参数仿真测量系统,同时论述了运动参数的生成方法。其次,根据线性化思想,推导了系统的线性误差状态方程和量测方程,建立了GPS/IMU组合测量系统的松组合模型,然后基于松组合模型,分别运用间接、输出校正法的线性卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波（EKF）对运动参数进行估计,仿真结果研究和理论分析表明,当滚转弹的转速提高时,这两种方法的估计结果都会发散。最后,采用平方根-中心差分卡尔曼滤波（SR-CDKF）对滚转弹的运动参数进行估计,仿真结果表明高转速时,SR-CDKF依然能够取得较高的估计精度。论文的研究结果为高动态飞行器运动参数的测量和估计问题提供了有效的解决途径。
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的意义
1.2 GPS/INS组合测量方法
1.2.1 GPS、INS两种测量系统的概述
1.2.2 GPS/INS组合测量系统的优点
1.2.3 GPS/INS组合模式
1.3 GPS/INS组合导航的国内外研究现状
1.4 卡尔曼滤波理论的发展及应用
1.5 本论文的主要研究内容
2 捷联惯性导航原理
2.1 捷联惯性导航的基本原理
2.1.1 概述
2.1.2 捷联惯性测量系统的基本原理
2.2 捷联惯性测量系统中常用坐标系及其之间的转换关系
2.2.1 常用的几种坐标系
2.2.2 坐标系之间的转换矩阵
2.3 捷联惯导的主要运动参数方程
2.3.1 姿态角运动方程
2.3.2 速度导航方程
2.3.3 位置导航方程
2.4 捷联惯性测量系统的初始对准
2.5 捷联惯性测量系统的误差源
2.6 本章小结
3 滚转弹运动参数仿真测量系统设计
3.1 外弹道仿真系统
3.1.1 弹箭动力学基本方程
3.1.2 作用在滚转弹上的气动力和气动力矩
3.1.3 重力
3.1.4 六自由度弹道方程
3.2 测量仿真系统
3.2.1 角速率测量值产生方法
3.2.2 姿态角测量值产生方法
3.2.3 比力值产生方法
3.2.4 GPS速度测量值产生方法
3.2.5 GPS位置测量值产生方法
3.3 仿真系统组成及应用
3.3.1 仿真整体组成模块图
3.3.2 仿真系统应用示例
3.4 本章小结
4 基于误差模型的GPS/INS系统组合滤波校正方法
4.1 GPS/INS组合系统的基本原理
4.2 GPS/INS组合校正方式
4.2.1 输出校正滤波
4.2.2 反馈校正滤波
4.3 GPS/INS组合导航模型
4.3.1 线性误差状态方程
4.3.2 系统的测量方程
4.4 线性卡尔曼滤波的基本原理及实现步骤
4.4.1 离散型卡尔曼滤波原理
4.4.2 离散型卡尔曼滤波算法使用要点
4.5 GPS/IMU组合测量系统的仿真实现及其分析
4.5.1 捷联惯性导航算法的仿真研究
4.5.2 GPS/INS组合算法的仿真研究
4.6 扩展卡尔曼滤波（EKF）原理及其仿真实现
4.6.1 扩展卡尔曼滤波（EKF）原理
4.6.2 离散型扩展卡尔曼滤波
4.6.3 EKF的仿真实现及其分析
4.6.4 低转速存在固定零偏的EKF仿真实现及其分析
4.6.5 转速提高后EKF仿真实现及其分析
4.7 本章小结
5 Sigma点Kalman滤波方法在GPS/INS组合导航系统中的应用研究
5.1 Sigma点Kalman滤波器基本原理概述
5.2 SR-CDKF方法的基本原理
5.2.1 SR-CDKF方法的基本原理
5.2.2 SR-CDKF方法的基本步骤
5.3 基于SR-CDKF的仿真结果和分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS惯性传感器和GPS接收机组合的高动态弹道参数遥测系统[J]. 桂延宁,杨燕,成红涛,刘耀伟,郗永琳. 测试技术学报. 2014(01)
[2]高转速弹丸磁强计/太阳方位角传感器组合测姿方法[J]. 马国梁. 南京理工大学学报. 2013(01)
[3]高速旋转弹位置与姿态测量数据分析方法[J]. 牛春峰,刘世平,王中原. 火力与指挥控制. 2012(05)
[4]基于中心差分卡尔曼滤波的航天器视觉相对导航算法研究[J]. 赵凯,岳晓奎,吴侃之. 科学技术与工程. 2012(03)
[5]制导炮弹飞行姿态角的一种组合测量方法[J]. 史金光,韩艳,刘世平,刘猛. 弹道学报. 2011(03)
[6]CDKF在GPS/SINS组合导航系统非线性模型中的应用[J]. 王海勃,陈红林,韩慧珍. 现代电子技术. 2011(11)
[7]基于平方根中心差分卡尔曼滤波的大方位失准角初始对准[J]. 郝燕玲,杨峻巍,陈亮,郝金会. 中国惯性技术学报. 2011(02)
[8]基于中心差分卡尔曼滤波的SINS初始对准研究[J]. 刘育浩,黄新生. 压电与声光. 2009(02)
[9]GPS/SINS组合导航系统混合校正卡尔曼滤波方法[J]. 林敏敏,房建成,高国江. 中国惯性技术学报. 2003(03)
[10]位移测量中的时空坐标转换理论[J]. 彭东林,刘成康,谭为民. 机械工程学报. 2000(05)
博士论文
[1]惯性辅助GPS深组合导航系统研究与实现[D]. 胡锐.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]基于GPS/INS导航轨迹的误差校正[D]. 阮杰威.沈阳工业大学 2015
[2]GPS/INS组合导航系统中卡尔曼滤波算法的研究与实现[D]. 王欣明.北京交通大学 2012
[3]地磁感应线圈在弹体运动参数测量中的应用研究[D]. 李双.南京理工大学 2012
[4]GPS/INS组合导航系统研究[D]. 黄兵超.国防科学技术大学 2010
[5]GPS/INS组合导航系统研究及实现[D]. 李倩.上海交通大学 2010
[6]GPS与捷联惯导组合导航系统研究[D]. 杜习奇.南京理工大学 2004
本文编号：3120651
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的意义
1.2 GPS/INS组合测量方法
1.2.1 GPS、INS两种测量系统的概述
1.2.2 GPS/INS组合测量系统的优点
1.2.3 GPS/INS组合模式
1.3 GPS/INS组合导航的国内外研究现状
1.4 卡尔曼滤波理论的发展及应用
1.5 本论文的主要研究内容
2 捷联惯性导航原理
2.1 捷联惯性导航的基本原理
2.1.1 概述
2.1.2 捷联惯性测量系统的基本原理
2.2 捷联惯性测量系统中常用坐标系及其之间的转换关系
2.2.1 常用的几种坐标系
2.2.2 坐标系之间的转换矩阵
2.3 捷联惯导的主要运动参数方程
2.3.1 姿态角运动方程
2.3.2 速度导航方程
2.3.3 位置导航方程
2.4 捷联惯性测量系统的初始对准
2.5 捷联惯性测量系统的误差源
2.6 本章小结
3 滚转弹运动参数仿真测量系统设计
3.1 外弹道仿真系统
3.1.1 弹箭动力学基本方程
3.1.2 作用在滚转弹上的气动力和气动力矩
3.1.3 重力
3.1.4 六自由度弹道方程
3.2 测量仿真系统
3.2.1 角速率测量值产生方法
3.2.2 姿态角测量值产生方法
3.2.3 比力值产生方法
3.2.4 GPS速度测量值产生方法
3.2.5 GPS位置测量值产生方法
3.3 仿真系统组成及应用
3.3.1 仿真整体组成模块图
3.3.2 仿真系统应用示例
3.4 本章小结
4 基于误差模型的GPS/INS系统组合滤波校正方法
4.1 GPS/INS组合系统的基本原理
4.2 GPS/INS组合校正方式
4.2.1 输出校正滤波
4.2.2 反馈校正滤波
4.3 GPS/INS组合导航模型
4.3.1 线性误差状态方程
4.3.2 系统的测量方程
4.4 线性卡尔曼滤波的基本原理及实现步骤
4.4.1 离散型卡尔曼滤波原理
4.4.2 离散型卡尔曼滤波算法使用要点
4.5 GPS/IMU组合测量系统的仿真实现及其分析
4.5.1 捷联惯性导航算法的仿真研究
4.5.2 GPS/INS组合算法的仿真研究
4.6 扩展卡尔曼滤波（EKF）原理及其仿真实现
4.6.1 扩展卡尔曼滤波（EKF）原理
4.6.2 离散型扩展卡尔曼滤波
4.6.3 EKF的仿真实现及其分析
4.6.4 低转速存在固定零偏的EKF仿真实现及其分析
4.6.5 转速提高后EKF仿真实现及其分析
4.7 本章小结
5 Sigma点Kalman滤波方法在GPS/INS组合导航系统中的应用研究
5.1 Sigma点Kalman滤波器基本原理概述
5.2 SR-CDKF方法的基本原理
5.2.1 SR-CDKF方法的基本原理
5.2.2 SR-CDKF方法的基本步骤
5.3 基于SR-CDKF的仿真结果和分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS惯性传感器和GPS接收机组合的高动态弹道参数遥测系统[J]. 桂延宁,杨燕,成红涛,刘耀伟,郗永琳. 测试技术学报. 2014(01)
[2]高转速弹丸磁强计/太阳方位角传感器组合测姿方法[J]. 马国梁. 南京理工大学学报. 2013(01)
[3]高速旋转弹位置与姿态测量数据分析方法[J]. 牛春峰,刘世平,王中原. 火力与指挥控制. 2012(05)
[4]基于中心差分卡尔曼滤波的航天器视觉相对导航算法研究[J]. 赵凯,岳晓奎,吴侃之. 科学技术与工程. 2012(03)
[5]制导炮弹飞行姿态角的一种组合测量方法[J]. 史金光,韩艳,刘世平,刘猛. 弹道学报. 2011(03)
[6]CDKF在GPS/SINS组合导航系统非线性模型中的应用[J]. 王海勃,陈红林,韩慧珍. 现代电子技术. 2011(11)
[7]基于平方根中心差分卡尔曼滤波的大方位失准角初始对准[J]. 郝燕玲,杨峻巍,陈亮,郝金会. 中国惯性技术学报. 2011(02)
[8]基于中心差分卡尔曼滤波的SINS初始对准研究[J]. 刘育浩,黄新生. 压电与声光. 2009(02)
[9]GPS/SINS组合导航系统混合校正卡尔曼滤波方法[J]. 林敏敏,房建成,高国江. 中国惯性技术学报. 2003(03)
[10]位移测量中的时空坐标转换理论[J]. 彭东林,刘成康,谭为民. 机械工程学报. 2000(05)
博士论文
[1]惯性辅助GPS深组合导航系统研究与实现[D]. 胡锐.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]基于GPS/INS导航轨迹的误差校正[D]. 阮杰威.沈阳工业大学 2015
[2]GPS/INS组合导航系统中卡尔曼滤波算法的研究与实现[D]. 王欣明.北京交通大学 2012
[3]地磁感应线圈在弹体运动参数测量中的应用研究[D]. 李双.南京理工大学 2012
[4]GPS/INS组合导航系统研究[D]. 黄兵超.国防科学技术大学 2010
[5]GPS/INS组合导航系统研究及实现[D]. 李倩.上海交通大学 2010
[6]GPS与捷联惯导组合导航系统研究[D]. 杜习奇.南京理工大学 2004
本文编号：3120651
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3120651.html
