基于MEMS的无人机GPS/SINS组合导航
发布时间：2022-10-21 19:20
随着无人机的飞速发展，其对导航系统的要求也日益提高，而结合全球定位系统GPS和捷联导航系统SINS的基于MEMS技术的组合导航既是现今的主流，也是未来的发展趋势，因此需要不断提升其可靠性和精度。但在实际中，GPS存在信号丢失或被干扰的可能，此时组合导航将无法继续工作，为了解决这一问题，本文使用BP神经网络辅助导航，并对GPS/SINS系统进行了深入的研究和分析。 首先分析了GPS、SINS各自的组成和特点，并对其工作原理进行了研究和推导，包括GPS的测速、定位原理，SINS的比力方程、力学编排和误差方程等。 在SINS姿态算法中分析了姿态解算算法，针对旋转矢量法，考虑圆锥运动这一恶劣运动环境，分别从三个方向对算法的精度进行了提升，包括增加子样、利用角速率和使用快回路增加角增量更新频率的方式，推导其对应的改进算法并进行了实验对比，实验验证了优化改进算法具有更高的精度、更小的算法漂移误差且未增加计算量，显示其优越性和各自特点，也探讨和使用了提高旋转矢量算法精度的几乎所有思路。 使用松耦合方式和开环间接法设计GPS/SINS组合导航系统，探讨了卡尔曼滤波算法的原理和内容，推...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 无人机简介
1.1.1 无人机发展简介
1.1.2 无人机导航装置简介
1.2 课题研究目的与意义
1.3 研究现状与趋势
1.4 论文内容与结构安排
第2章 导航定位系统
2.1 组合导航方案
2.1.1 无人机导航系统
2.1.2 导航算法设计
2.2 GPS 全球定位系统
2.2.1 GPS 的系统组成
2.2.2 GPS 的工作原理
2.3 INS 惯性导航系统
2.3.1 导航坐标系
2.3.2 惯性导航系统的比力方程
2.3.3 SINS 的力学编排
2.3.4 SINS 的误差方程
2.4 本章小结
第3章 SINS 姿态解算
3.1 姿态更新典型算法
3.1.1 四元数法
3.1.2 等效旋转矢量法
3.2 优化与改进算法
3.2.1 圆锥运动
3.2.2 增加子样算法
3.2.3 基于角速率改进算法
3.2.4 双回路迭代算法
3.3 姿态更新算法仿真及比较
3.3.1 圆锥运动对姿态算法的影响
3.3.2 典型姿态算法
3.3.3 改进姿态算法
3.4 本章小结
第4章 GPS/SINS 组合导航
4.1 GPS/SINS 组合
4.1.1 组合方式
4.1.2 状态估计
4.2 卡尔曼滤波
4.2.1 线性离散卡曼滤波
4.2.2 扩展卡尔曼滤波（EKF）
4.2.3 无迹卡尔曼滤波（UKF）
4.3 仿真实验
4.4 本章小结
第5章 GPS 信号缺失时的组合导航
5.1 GPS 信号缺失的实际问题
5.2 引入 BP 神经网络的导航
5.2.1 BP 神经网络结构
5.2.2 工作原理
5.3 BP 神经网络的实验预测
5.3.1 40S信号缺失
5.3.2 100S信号缺失
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]捷联姿态解算五子样等效旋转矢量算法研究[J]. 靳聪,赵修斌,许云达,胡奕明. 科学技术与工程. 2014(29)
[2]无人机技术研究现状及发展趋势[J]. 常于敏. 电子技术与软件工程. 2014(01)
[3]无人机发展综述[J]. 景岩. 才智. 2013(16)
[4]GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展[J]. 纪龙蛰,单庆晓. 全球定位系统. 2012(05)
[5]基于ANFIS神经网络的GPS/INS组合导航信息融合[J]. 刘卓凡,杨凯,王加详,刘玉广. 计算机测量与控制. 2012(08)
[6]基于性能评估的INS/RADIO组合导航系统研究[J]. 曹刚,辛格. 科技创新导报. 2011(31)
[7]未来无人机发展趋势初探[J]. 李军. 硅谷. 2011(05)
[8]浅论无人机应用领域及前景[J]. 李磊,熊涛,胡湘阳,熊俊. 地理空间信息. 2010(05)
[9]捷联惯导四子样旋转矢量姿态更新算法[J]. 张泽,段广仁. 控制工程. 2010(03)
[10]无人机研究现状及发展趋势[J]. 胡中华,赵敏. 航空科学技术. 2009(04)
硕士论文
[1]基于MEMS的小型无人机飞控系统研究[D]. 雍斌.南京理工大学 2014
[2]GPS/SINS组合导航系统应用研究[D]. 张晓亮.南京理工大学 2013
[3]GPS/INS组合导航定位定向系统研究[D]. 李广.哈尔滨工程大学 2011
[4]GPS接收机接收模块的研究与VLSI实现[D]. 姜华.上海交通大学 2008
本文编号：3696229
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 无人机简介
1.1.1 无人机发展简介
1.1.2 无人机导航装置简介
1.2 课题研究目的与意义
1.3 研究现状与趋势
1.4 论文内容与结构安排
第2章 导航定位系统
2.1 组合导航方案
2.1.1 无人机导航系统
2.1.2 导航算法设计
2.2 GPS 全球定位系统
2.2.1 GPS 的系统组成
2.2.2 GPS 的工作原理
2.3 INS 惯性导航系统
2.3.1 导航坐标系
2.3.2 惯性导航系统的比力方程
2.3.3 SINS 的力学编排
2.3.4 SINS 的误差方程
2.4 本章小结
第3章 SINS 姿态解算
3.1 姿态更新典型算法
3.1.1 四元数法
3.1.2 等效旋转矢量法
3.2 优化与改进算法
3.2.1 圆锥运动
3.2.2 增加子样算法
3.2.3 基于角速率改进算法
3.2.4 双回路迭代算法
3.3 姿态更新算法仿真及比较
3.3.1 圆锥运动对姿态算法的影响
3.3.2 典型姿态算法
3.3.3 改进姿态算法
3.4 本章小结
第4章 GPS/SINS 组合导航
4.1 GPS/SINS 组合
4.1.1 组合方式
4.1.2 状态估计
4.2 卡尔曼滤波
4.2.1 线性离散卡曼滤波
4.2.2 扩展卡尔曼滤波（EKF）
4.2.3 无迹卡尔曼滤波（UKF）
4.3 仿真实验
4.4 本章小结
第5章 GPS 信号缺失时的组合导航
5.1 GPS 信号缺失的实际问题
5.2 引入 BP 神经网络的导航
5.2.1 BP 神经网络结构
5.2.2 工作原理
5.3 BP 神经网络的实验预测
5.3.1 40S信号缺失
5.3.2 100S信号缺失
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]捷联姿态解算五子样等效旋转矢量算法研究[J]. 靳聪,赵修斌,许云达,胡奕明. 科学技术与工程. 2014(29)
[2]无人机技术研究现状及发展趋势[J]. 常于敏. 电子技术与软件工程. 2014(01)
[3]无人机发展综述[J]. 景岩. 才智. 2013(16)
[4]GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展[J]. 纪龙蛰,单庆晓. 全球定位系统. 2012(05)
[5]基于ANFIS神经网络的GPS/INS组合导航信息融合[J]. 刘卓凡,杨凯,王加详,刘玉广. 计算机测量与控制. 2012(08)
[6]基于性能评估的INS/RADIO组合导航系统研究[J]. 曹刚,辛格. 科技创新导报. 2011(31)
[7]未来无人机发展趋势初探[J]. 李军. 硅谷. 2011(05)
[8]浅论无人机应用领域及前景[J]. 李磊,熊涛,胡湘阳,熊俊. 地理空间信息. 2010(05)
[9]捷联惯导四子样旋转矢量姿态更新算法[J]. 张泽,段广仁. 控制工程. 2010(03)
[10]无人机研究现状及发展趋势[J]. 胡中华,赵敏. 航空科学技术. 2009(04)
硕士论文
[1]基于MEMS的小型无人机飞控系统研究[D]. 雍斌.南京理工大学 2014
[2]GPS/SINS组合导航系统应用研究[D]. 张晓亮.南京理工大学 2013
[3]GPS/INS组合导航定位定向系统研究[D]. 李广.哈尔滨工程大学 2011
[4]GPS接收机接收模块的研究与VLSI实现[D]. 姜华.上海交通大学 2008
本文编号：3696229
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3696229.html
