基于CKF的北斗/SINS紧组合导航算法研究

发布时间：2021-05-12 11:24

　　伴随着现代导航技术快速发展,导航系统的种类越来越多,但任何一种导航系统单独使用时,都会存在一定不足,而采用组合导航技术可提高导航系统的整体性能及可靠性。北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统,随着其投入使用和不断完善,开展相关应用基础研究对于推动北斗卫星导航系统的发展有重要意义。本文针对北斗卫星导航系统和捷联惯性导航系统（SINS）的紧组合导航方法展开研究,并采用容积卡尔曼滤波（CKF）实现数据融合。首先,研究了捷联惯性导航系统的工作原理、北斗卫星导航系统的定位原理、以及两种导航系统误差方程的推导过程。其次,设计了北斗/SINS紧组合导航方案。该方案在紧组合框架下,采用CKF滤波对两种系统的数据进行融合,并通过选星算法保证算法精度。同时,为了完成该方案的算法仿真工作,研究了北斗/SINS紧组合导航系统数学模型的推导过程和CKF的基本原理。第三,采用ADIS16405微惯性测量单元、CNS200北斗卫星导航板和PC机搭建北斗/SINS紧组合导航实验平台。设计实现了CNS200北斗卫星导航板的数据采集及解析软件,该软件可提供卫星的位置、伪距和伪距率等数据。第四,基于北斗/SINS紧组... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 相关技术的国内外研究现状
        1.2.1 惯性导航系统的发展现状
        1.2.2 卫星导航系统的发展现状
        1.2.3 GNSS/SINS组合导航系统的研究现状
        1.2.4 数据融合算法研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 本文的组织结构
第二章 导航系统原理及其误差分析
    2.1 导航系统的常用坐标系
    2.2 捷联惯性导航系统的原理
        2.2.1 捷联惯性导航系统的基本原理
        2.2.2 四元数姿态表示法
        2.2.3 四元数姿态解算
        2.2.4 速度解算和位置解算
    2.3 捷联惯性导航系统的误差分析
        2.3.1 误差源的组成
        2.3.2 误差方程的推导
    2.4 北斗卫星导航系统的误差分析
        2.4.1 误差源组成
        2.4.2 伪距定位原理
        2.4.3 北斗卫星导航系统的误差状态方程
    2.5 本章小结
第三章 北斗/SINS紧组合导航方案的设计及相关原理
    3.1 北斗/SINS紧组合导航方案的设计
    3.2 北斗/SINS紧组合导航系统数学模型的推导
        3.2.1 误差状态方程
        3.2.2 误差量测方程
    3.3 容积卡尔曼滤波的基本原理
        3.3.1 卡尔曼滤波简介
        3.3.2 容积卡尔曼滤波算法原理
        3.3.3 容积卡尔曼滤波的更新过程
    3.4 本章小结
第四章 北斗/SINS紧组合导航实验平台的搭建
    4.1 实验平台的组成
    4.2 传感器的选择
        4.2.1 微惯性测量单元
        4.2.2 北斗卫星导航接收机
    4.3 CNS200数据采集及解析软件的设计与实现
        4.3.1 软件功能的设计与实现
        4.3.2 数据解析程序的编写
        4.3.3 软件界面设计及运行结果
    4.4 本章小结
第五章 北斗/SINS紧组合导航算法的实现
    5.1 SINS解算算法的实现
        5.1.1 程序的编写
        5.1.2 实验及结果
    5.2 选星算法的实现
        5.2.1 程序的编写
        5.2.2 实验及结果
    5.3 北斗/SINS紧组合导航算法的实现
        5.3.1 程序的编写
        5.3.2 实验及结果
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]从卫星导航系统的发展看我国北斗系统的后发优势[J]. 何若枫.  长沙航空职业技术学院学报. 2016(04)
[2]BDS/SINS紧耦合组合导航技术仿真研究[J]. 董淼,宋艳君,夏奇,张国纲.  计算机仿真. 2014(08)
[3]北斗车辆自适应组合导航技术研究[J]. 安利,王同合,赵松,于合理,张洛恺.  信息工程大学学报. 2014(04)
[4]北斗卫星导航系统的发展、优势及建议[J]. 李鹤峰,党亚民,秘金钟,薛树强.  导航定位学报. 2013(02)
[5]世界几大卫星导航系统的比较[J]. 马兰,孔毅,郭思海,宋海英,庞云.  现代测绘. 2011(03)
[6]无迹卡尔曼滤波（UKF）的应用比较分析[J]. 许迅雷.  西安文理学院学报(自然科学版). 2011(02)
[7]MINS/GPS一体化紧组合导航系统[J]. 郭美凤,林思敏,周斌,吕少麟,刘刚.  中国惯性技术学报. 2011(02)
[8]全球卫星导航系统的研究与应用[J]. 李忠,张志远.  甘肃科技. 2011(01)
[9]MEMS-IMU/GPS组合导航系统中坐标系统一的方法研究[J]. 孔祥雷,李杰,杜英.  传感技术学报. 2010(04)
[10]MEMS仪表惯性组合导航系统发展现状与趋势[J]. 蔡春龙,刘翼,刘一薇.  中国惯性技术学报. 2009(05)

博士论文
[1]改进容积卡尔曼滤波及其导航应用研究[D]. 李秋荣.哈尔滨工程大学 2015

硕士论文
[1]GPS/SINS组合导航数据融合算法研究[D]. 张潮.郑州大学 2015
[2]基于MEMS器件的车辆组合导航技术研究[D]. 韩亮.西京学院 2015
[3]GPS/BDS组合相对定位随机模型研究[D]. 王志平.合肥工业大学 2015
[4]基于四元数的高阶CKF飞行器姿态确定算法研究[D]. 武哲民.哈尔滨工程大学 2015
[5]基于CKF的SINS/DVL组合导航系统设计与仿真[D]. 黄莺.哈尔滨工程大学 2013
[6]基于车载平台的北斗/SINS紧组合导航系统的研究与实现[D]. 张海龙.东北大学 2013
[7]SINS/GPS组合导航数据处理方法研究[D]. 苗岳旺.解放军信息工程大学 2013



本文编号：3183324