基于U-BLOX-M8U的GNSS/INS松耦合组合导航系统设计与实现
发布时间：2020-12-14 15:10
全球卫星导航系统（GNSS,Global Navigation Satellite System）发展如火如荼,微机电系统（MEMS,Micro-Electro-Mechanical System）技术日新月异。随着智慧城市建设的进一步推进,对导航定位的精度、可靠性、连续性提出了更高的要求。针对GNSS与惯性导航系统（INS,Inertial Navigation System）两者优势互补的特性,本课题开展组合定位关键技术研究,设计并实现了基于M8U的松耦合组合导航系统。本文主要工作内容如下:1)在充分掌握U-BLOX M8U集成开发平台工作模式、输出信息格式等内容的基础上,编写了原始数据解析软件,完成原始二进制数据流的提取。开展M8U MEMS微机械惯性传感器的时频域静态特性实验分析,得到M8U陀螺仪与加速度计主要误差来源。2)使用不同小波变换对惯导数据进行降噪处理,根据实验效果选择使用db5小波变换,完成机械编排、姿态解算,为信息融合提供惯导数据。3)初始化状态向量、量测向量及协方差矩阵等参数,采用卡尔曼滤波将解算后的INS数据与GNSS数据进行信息融合。4)依托U-BLOX M...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)陕西省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词表
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 卫星导航系统
1.1.2 惯性导航
1.2 国内外研究现状
1.2.1 组合导航工作模式
1.2.2 U-BLOX公司及产品介绍
1.2.3 基于U-BLOX产品研究及应用现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 惯性导航及组合导航原理
2.1 惯性导航系统
2.1.1 坐标系统
2.1.2 惯性导航系统（INS）分类
2.2 惯性导航算法分析
2.2.1 传感器数学模型
2.2.2 SINS力学编排
2.2.3 坐标系转换（四元数与姿态解算）
2.2.4 INS误差方程
2.3 组合导航数据融合
2.3.1 卡尔曼滤波
2.3.2 扩展卡尔曼滤波
2.4 小结
第三章 硬件平台介绍及原始数据分析
3.1 U-BLOX-EVK-M8U器件介绍
3.1.1 M8U器件介绍
3.1.2 UBX协议介绍
3.1.3 M8U惯性传感器信息介绍
3.1.4 M8U卫星导航信息介绍
3.2 原始数据分析
3.2.1 小波变换
3.2.2 快速傅里叶变换
3.2.3 功率谱密度分析
3.2.4 Allan方差法分析
3.3 小结
第四章 组合导航系统软件设计
4.1 协议解析模块
4.1.1 主函数文件介绍
4.1.2 协议判断文件介绍
4.1.3 具体协议解析文件介绍
4.1.4 输出结果
4.2 数据处理模块
4.3 导航解算模块
4.3.1 组合导航系统数学模型
4.3.2 组合导航系统EKF转移矩阵
4.3.3 组合导航系统EKF量测方程
4.3.4 组合导航系统EKF方程
4.4 地图匹配模块
4.5 小结
第五章 M8U组合导航实验与验证
5.1 实验概述
5.2 实验参数
5.3 实验结果及分析
5.3.1 解算结果对比
5.3.2 惯性单元结果
5.3.3 预处理前后结果对比
5.4 卫星遮挡实验结果
5.4.1 丢失2个数据
5.4.2 丢失10个数据
5.4.3 丢失15个数据
第六章 结论与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种无人机组合导航终端研制[J]. 费昱昕,王德明,周智恺. 电子世界. 2019(07)
[2]抗电磁干扰的无人机GPS/INS组合导航方法[J]. 唐泽亮,吴永明. 机械设计与制造. 2019(04)
[3]基于BP神经网络改进UKF的组合导航算法[J]. 于耕,方鸿涛. 电子技术应用. 2019(04)
[4]BDS/GPS组合导航仿真实验研究[J]. 陈婷,赵磊,崔立鲁. 测绘地理信息. 2019(02)
[5]抗差自适应EKF在INS/GNSS紧组合中的应用[J]. 段顺利,孙伟,吴增林. 电子科技大学学报. 2019(02)
[6]动态间隔可调整的列控系统自主感知关键技术及应用[J]. 蔡伯根,朱强,上官伟,刘丹,姜维,王剑. 北京交通大学学报. 2019(01)
[7]一种改进的无迹Kalman滤波在SINS/GPS组合导航中的应用[J]. 陈国通,范圆圆,刘琪. 宇航总体技术. 2019(01)
[8]INS/GPS组合导航的混合式滤波算法[J]. 韩斌子,胡柏青. 电子技术与软件工程. 2018(24)
[9]基于Elman神经网络的GNSS/INS全域高精度定位方法[J]. 邓天民,方芳,岳云霞,杨其芝. 计算机应用. 2019(04)
[10]基于ARM的小型化SINS/GNSS组合导航系统设计[J]. 陈沣,李小博,卢宝锋,王新龙,陈文海. 弹箭与制导学报. 2018(05)
硕士论文
[1]高精度GPS定位方法及其在无人机定位系统中应用的研究[D]. 葛昌利.南京邮电大学 2018
[2]GNSS/INS深组合强震仪关键技术研究与验证[D]. 刘蘅嵘.武汉大学 2018
[3]基于DSP的GNSS/INS实时组合导航系统的研究[D]. 常乐.武汉大学 2017
[4]MEMS-INS/GNSS组合导航系统研究[D]. 周彬.南京航空航天大学 2017
[5]电动直升机自主飞行控制系统设计与实现[D]. 焦凯.南京信息工程大学 2016
[6]人体监护终端的设计与实现[D]. 成凯丽.湖南工业大学 2015
[7]可移动保险箱GPS智能锁控防盗技术研究[D]. 陈丽楠.东北石油大学 2015
[8]GNSS/MIMU机载组合导航系统设计与实现[D]. 闫小乐.哈尔滨工程大学 2015
[9]基于Open AT的车载定位终端的设计与实现[D]. 高秀伟.西安电子科技大学 2011
本文编号：2916600
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)陕西省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略词表
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 卫星导航系统
1.1.2 惯性导航
1.2 国内外研究现状
1.2.1 组合导航工作模式
1.2.2 U-BLOX公司及产品介绍
1.2.3 基于U-BLOX产品研究及应用现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 惯性导航及组合导航原理
2.1 惯性导航系统
2.1.1 坐标系统
2.1.2 惯性导航系统（INS）分类
2.2 惯性导航算法分析
2.2.1 传感器数学模型
2.2.2 SINS力学编排
2.2.3 坐标系转换（四元数与姿态解算）
2.2.4 INS误差方程
2.3 组合导航数据融合
2.3.1 卡尔曼滤波
2.3.2 扩展卡尔曼滤波
2.4 小结
第三章 硬件平台介绍及原始数据分析
3.1 U-BLOX-EVK-M8U器件介绍
3.1.1 M8U器件介绍
3.1.2 UBX协议介绍
3.1.3 M8U惯性传感器信息介绍
3.1.4 M8U卫星导航信息介绍
3.2 原始数据分析
3.2.1 小波变换
3.2.2 快速傅里叶变换
3.2.3 功率谱密度分析
3.2.4 Allan方差法分析
3.3 小结
第四章 组合导航系统软件设计
4.1 协议解析模块
4.1.1 主函数文件介绍
4.1.2 协议判断文件介绍
4.1.3 具体协议解析文件介绍
4.1.4 输出结果
4.2 数据处理模块
4.3 导航解算模块
4.3.1 组合导航系统数学模型
4.3.2 组合导航系统EKF转移矩阵
4.3.3 组合导航系统EKF量测方程
4.3.4 组合导航系统EKF方程
4.4 地图匹配模块
4.5 小结
第五章 M8U组合导航实验与验证
5.1 实验概述
5.2 实验参数
5.3 实验结果及分析
5.3.1 解算结果对比
5.3.2 惯性单元结果
5.3.3 预处理前后结果对比
5.4 卫星遮挡实验结果
5.4.1 丢失2个数据
5.4.2 丢失10个数据
5.4.3 丢失15个数据
第六章 结论与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种无人机组合导航终端研制[J]. 费昱昕,王德明,周智恺. 电子世界. 2019(07)
[2]抗电磁干扰的无人机GPS/INS组合导航方法[J]. 唐泽亮,吴永明. 机械设计与制造. 2019(04)
[3]基于BP神经网络改进UKF的组合导航算法[J]. 于耕,方鸿涛. 电子技术应用. 2019(04)
[4]BDS/GPS组合导航仿真实验研究[J]. 陈婷,赵磊,崔立鲁. 测绘地理信息. 2019(02)
[5]抗差自适应EKF在INS/GNSS紧组合中的应用[J]. 段顺利,孙伟,吴增林. 电子科技大学学报. 2019(02)
[6]动态间隔可调整的列控系统自主感知关键技术及应用[J]. 蔡伯根,朱强,上官伟,刘丹,姜维,王剑. 北京交通大学学报. 2019(01)
[7]一种改进的无迹Kalman滤波在SINS/GPS组合导航中的应用[J]. 陈国通,范圆圆,刘琪. 宇航总体技术. 2019(01)
[8]INS/GPS组合导航的混合式滤波算法[J]. 韩斌子,胡柏青. 电子技术与软件工程. 2018(24)
[9]基于Elman神经网络的GNSS/INS全域高精度定位方法[J]. 邓天民,方芳,岳云霞,杨其芝. 计算机应用. 2019(04)
[10]基于ARM的小型化SINS/GNSS组合导航系统设计[J]. 陈沣,李小博,卢宝锋,王新龙,陈文海. 弹箭与制导学报. 2018(05)
硕士论文
[1]高精度GPS定位方法及其在无人机定位系统中应用的研究[D]. 葛昌利.南京邮电大学 2018
[2]GNSS/INS深组合强震仪关键技术研究与验证[D]. 刘蘅嵘.武汉大学 2018
[3]基于DSP的GNSS/INS实时组合导航系统的研究[D]. 常乐.武汉大学 2017
[4]MEMS-INS/GNSS组合导航系统研究[D]. 周彬.南京航空航天大学 2017
[5]电动直升机自主飞行控制系统设计与实现[D]. 焦凯.南京信息工程大学 2016
[6]人体监护终端的设计与实现[D]. 成凯丽.湖南工业大学 2015
[7]可移动保险箱GPS智能锁控防盗技术研究[D]. 陈丽楠.东北石油大学 2015
[8]GNSS/MIMU机载组合导航系统设计与实现[D]. 闫小乐.哈尔滨工程大学 2015
[9]基于Open AT的车载定位终端的设计与实现[D]. 高秀伟.西安电子科技大学 2011
本文编号：2916600
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