基于GPS/INS组合测姿方法研究
发布时间：2022-12-07 05:52
随着信息和导航技术的发展,实时准确地掌握载体的运动信息变得尤为重要。载体的姿态信息（偏航、俯仰、横滚）在航空航天中的飞行器件、在海上航行的轮船、以及在陆地上行驶的汽车等中都是重要的输出参数之一。如何准确地获得运动载体的姿态信息也是研究领域的一大热点。论文以GPS/INS组合测姿系统为研究对象,首先对GPS/INS组合测姿系统进行了研究和分析,并详细地介绍了组合测姿基本原理和测姿方法,为下文的研究做好理论基础。分析测姿误差来源,推导组合导航系统的误差模型。对卡尔曼滤波理论进行研究学习,再此基础上提出了基于单天线GPS/INS组合测姿和基于双天线GPS/INS组合测姿两种方案。重点对双天线GPS/INS测姿方法进行了研究,根据实际情况建立了卡尔曼滤波的误差状态方程和观测方程。考虑在GPS/INS组合测姿系统中,将两个系统的数据进行融合及解决系统中的非线性问题是最为关键的技术,因此在常规滤波的基础上提出了改进的卡尔曼滤波算法（UKF）,构建了基于UKF算法的联合卡尔曼滤波器,对各个子系统的滤波器和主滤波器进行设计,建立了GPS/INS组合测姿系统的状态方程和观测方程。最后,做了两组实验对组合...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 导航及导航系统
1.2 课题的国内外研究概况
1.2.1 GPS、姿态测量技术的现状与发展
1.2.2 惯性导航系统、姿态测量技术的现状与发展
1.2.3 组合导航测姿技术的发展状况
1.3 课题研究的背景和意义
1.4 本文主要研究内容
第2章 GPS/INS姿态测量的基本原理
2.1 引言
2.2 基于惯性导航系统的姿态测量原理研究
2.2.1 姿态角定义
2.2.2 捷联导航测姿基本原理
2.2.3 姿态角解算方法
2.3 基于GPS系统的姿态测量原理研究
2.3.1 GPS系统的构成
2.3.2 GPS量测的基本原理
2.3.3 姿态测量方法
2.3.4 测姿精度分析
2.4 本章小结
第3章 GPS/INS组合测姿系统姿态误差建模
3.1 引言
3.2 姿态测试中的坐标系及其转换关系
3.2.1 常用坐标系
3.2.2 坐标系间的转换关系
3.3 惯导系统姿态误差分析
3.3.1 确定性误差
3.3.2 惯性器件误差
3.4 GPS测姿误差分析
3.5 GPS/INS测姿系统的组合模式及校正方法
3.6 本章小结
第4章 基于GPS/INS组合测姿方案设计
4.1 姿态测量总体方案概述
4.2 Kalman滤波理论基本概述
4.2.1 常规卡尔曼滤波方程
4.2.2 非线性卡尔曼滤波
4.2.3 联合卡尔曼滤波
4.3 基于单天线GPS/INS组合测姿设计
4.3.1 组合速度估计加速度
4.3.2 测姿系统状态方程和观测方程的建立
4.4 基于双天线GPS/INS组合测姿系统设计
4.4.1 测姿系统状态方程的建立
4.4.2 测姿系统的观测方程的建立
4.4.3 基于UKF的联合卡尔曼滤波器测姿系统的设计
4.5 本章小结
第5章 实验结果验证及分析
5.1 组合测姿系统平台介绍
5.2 单天线GPS/INS组合测姿转台实验
5.3 双天线GPS/INS组合测姿实验
5.3.1 GPS静态实验
5.3.2 跑车实验
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态自适应GPS/INS组合导航方法[J]. 张璐,杨功流,于沛,李思宜. 航空计算技术. 2013(03)
[2]光纤陀螺随机漂移的建模与实时滤波方法[J]. 刘鑫,乔彦峰. 黑龙江大学自然科学学报. 2013(01)
[3]附加方位约束的GPS/INS组合系统选权自适应卡尔曼滤波[J]. 柴艳菊,欧吉坤,袁运斌,阳仁贵,钟世明,王海涛. 测绘学报. 2011(04)
[4]单天线GPS姿态测量系统在制导火箭中的应用[J]. 丁传炳,王良明,郑翠翠. 空间科学学报. 2010(06)
[5]无味变换与无味卡尔曼滤波[J]. 程水英. 计算机工程与应用. 2008(24)
[6]组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法[J]. 卞鸿巍,金志华,王俊璞,田蔚风. 上海交通大学学报. 2006(06)
[7]基于GPS的三维因特网超文本信息系统的研究[J]. 袁雪松. 大庆师范学院学报. 2005(04)
[8]全球定位系统及其在工程测量中设计应用[J]. 李勇. 中国科技信息. 2005(13)
[9]采用卡尔曼滤波器的GPS/INS姿态组合系统的研究[J]. 王惠南,吴智博. 中国惯性技术学报. 2000(03)
[10]GPS技术、惯性导航技术和组合导航技术在汽车导航中的应用[J]. 方珉,刘星荣. 汽车技术. 2000(05)
博士论文
[1]非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D]. 王小旭.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]高性能弹载INS/GPS组合导航滤波方法研究[D]. 陈翔铭.上海交通大学 2013
[2]基于双天线GPS/INS组合测向技术研究[D]. 李墨.重庆大学 2012
[3]基于GPSSINS组合的车载导航系统研究[D]. 王冰.哈尔滨工程大学 2011
[4]GPS/SINS组合导航系统仿真研究[D]. 刘培伟.长春工业大学 2010
[5]高动态GPS/INS组合导航系统研究[D]. 王朋辉.南京航空航天大学 2010
[6]基于UKF的车载GPS/DR组合导航系统滤波算法研究[D]. 石连东.东北大学 2009
[7]微小型SINS/GPS组合导航系统研究[D]. 王巍.哈尔滨工业大学 2009
[8]水下滑翔机GPS/SINS组合导航系统研究[D]. 黄海洋.哈尔滨工程大学 2009
[9]卡尔曼滤波在信息融合理论中的应用[D]. 李鹏.西安电子科技大学 2008
[10]低成本SINS/GPS组合导航系统的研究[D]. 张文.南京理工大学 2006
本文编号：3712349
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 导航及导航系统
1.2 课题的国内外研究概况
1.2.1 GPS、姿态测量技术的现状与发展
1.2.2 惯性导航系统、姿态测量技术的现状与发展
1.2.3 组合导航测姿技术的发展状况
1.3 课题研究的背景和意义
1.4 本文主要研究内容
第2章 GPS/INS姿态测量的基本原理
2.1 引言
2.2 基于惯性导航系统的姿态测量原理研究
2.2.1 姿态角定义
2.2.2 捷联导航测姿基本原理
2.2.3 姿态角解算方法
2.3 基于GPS系统的姿态测量原理研究
2.3.1 GPS系统的构成
2.3.2 GPS量测的基本原理
2.3.3 姿态测量方法
2.3.4 测姿精度分析
2.4 本章小结
第3章 GPS/INS组合测姿系统姿态误差建模
3.1 引言
3.2 姿态测试中的坐标系及其转换关系
3.2.1 常用坐标系
3.2.2 坐标系间的转换关系
3.3 惯导系统姿态误差分析
3.3.1 确定性误差
3.3.2 惯性器件误差
3.4 GPS测姿误差分析
3.5 GPS/INS测姿系统的组合模式及校正方法
3.6 本章小结
第4章 基于GPS/INS组合测姿方案设计
4.1 姿态测量总体方案概述
4.2 Kalman滤波理论基本概述
4.2.1 常规卡尔曼滤波方程
4.2.2 非线性卡尔曼滤波
4.2.3 联合卡尔曼滤波
4.3 基于单天线GPS/INS组合测姿设计
4.3.1 组合速度估计加速度
4.3.2 测姿系统状态方程和观测方程的建立
4.4 基于双天线GPS/INS组合测姿系统设计
4.4.1 测姿系统状态方程的建立
4.4.2 测姿系统的观测方程的建立
4.4.3 基于UKF的联合卡尔曼滤波器测姿系统的设计
4.5 本章小结
第5章 实验结果验证及分析
5.1 组合测姿系统平台介绍
5.2 单天线GPS/INS组合测姿转台实验
5.3 双天线GPS/INS组合测姿实验
5.3.1 GPS静态实验
5.3.2 跑车实验
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态自适应GPS/INS组合导航方法[J]. 张璐,杨功流,于沛,李思宜. 航空计算技术. 2013(03)
[2]光纤陀螺随机漂移的建模与实时滤波方法[J]. 刘鑫,乔彦峰. 黑龙江大学自然科学学报. 2013(01)
[3]附加方位约束的GPS/INS组合系统选权自适应卡尔曼滤波[J]. 柴艳菊,欧吉坤,袁运斌,阳仁贵,钟世明,王海涛. 测绘学报. 2011(04)
[4]单天线GPS姿态测量系统在制导火箭中的应用[J]. 丁传炳,王良明,郑翠翠. 空间科学学报. 2010(06)
[5]无味变换与无味卡尔曼滤波[J]. 程水英. 计算机工程与应用. 2008(24)
[6]组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法[J]. 卞鸿巍,金志华,王俊璞,田蔚风. 上海交通大学学报. 2006(06)
[7]基于GPS的三维因特网超文本信息系统的研究[J]. 袁雪松. 大庆师范学院学报. 2005(04)
[8]全球定位系统及其在工程测量中设计应用[J]. 李勇. 中国科技信息. 2005(13)
[9]采用卡尔曼滤波器的GPS/INS姿态组合系统的研究[J]. 王惠南,吴智博. 中国惯性技术学报. 2000(03)
[10]GPS技术、惯性导航技术和组合导航技术在汽车导航中的应用[J]. 方珉,刘星荣. 汽车技术. 2000(05)
博士论文
[1]非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D]. 王小旭.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]高性能弹载INS/GPS组合导航滤波方法研究[D]. 陈翔铭.上海交通大学 2013
[2]基于双天线GPS/INS组合测向技术研究[D]. 李墨.重庆大学 2012
[3]基于GPSSINS组合的车载导航系统研究[D]. 王冰.哈尔滨工程大学 2011
[4]GPS/SINS组合导航系统仿真研究[D]. 刘培伟.长春工业大学 2010
[5]高动态GPS/INS组合导航系统研究[D]. 王朋辉.南京航空航天大学 2010
[6]基于UKF的车载GPS/DR组合导航系统滤波算法研究[D]. 石连东.东北大学 2009
[7]微小型SINS/GPS组合导航系统研究[D]. 王巍.哈尔滨工业大学 2009
[8]水下滑翔机GPS/SINS组合导航系统研究[D]. 黄海洋.哈尔滨工程大学 2009
[9]卡尔曼滤波在信息融合理论中的应用[D]. 李鹏.西安电子科技大学 2008
[10]低成本SINS/GPS组合导航系统的研究[D]. 张文.南京理工大学 2006
本文编号：3712349
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