多传感器组合导航动态质量控制理论研究
发布时间：2021-07-04 04:15
组合导航依靠不同子系统的传感器数据和设备之间的互补特性互相弥补缺陷,实现高于子系统的定位精度。因此,采用任何组合导航架构,其核心都是如何进行多个子系统的数据融合以实现更高的定位精度。针对多传感器融合中存在的各类不确定因素对系统造成的影响,包括传感器性能的变化,传感器统计特性未知,电磁环境或机动突变导致的粗差等。对于以上问题,目前已经有一些算法可以进行一定程度的修正和补偿,例如自适应滤波解决传感器统计特性未知,鲁棒滤波解决观测粗差。但传统的自适应滤波难以实现多个传感器观测噪声时变或未知等恶劣环境下的滤波精度下降的问题,也难以同时实现恶劣环境下的自适应性和鲁棒性同时具备的组合导航系统。基于以上问题,本文利用统计学和质量控制理论方法,提出了基于方差估计的同时具备自适应性和鲁棒性的多传感器融合系统,可以有效抑制多传感器融合过程中大部分不确定因素对融合系统的影响,保障了系统的精度,同时提高了系统的可靠性。本文的主要研究内容如下:（1）为了解决传感器融合建模误差和传感器性能变化导致的多传感器融合系统精度降低甚至发散,本文提出基于方差估计的多传感器自适应融合滤波,通过各传感器的观测噪声和动力学模型的...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多传感器单历元同步采样示意图
第三章非确定性噪声及时变环境影响下的多传感器融合估计23图3-2多传感器融合示意图对周期内的任意时刻t而言，状态有微分表达式xtAxt+Gωt(3-1)其中，xt表示时刻t的m1维状态向量，A和G分别是mm维的状态驱动阵和系统噪声驱动阵，~N0,mmωtQI表示m1维的白色高斯系统噪声，Q为该噪声的方差因子。则将式（3-1）离散化，有离散的状态方程为kk,k1k1k,k1xΦxw(3-2)其中，k,k1Φ表示离散时刻k1到k的mm维状态转移矩阵，k,k1w表示m1维高斯随机过程，其协方差矩阵为,1TT,,kk1kkkkQdQwΦGGΦD(3-3)即k,k1w的协方差矩阵可视为为系数矩阵D和方差因子Q的乘积。对式（3-3）中高斯随机过程k,k1w的协方差矩阵进行分析，根据概率统计和矩阵运算相关知识，协方差的系数矩阵D应该同时满足对称性和正定性，即D是对称正定矩阵。由定理2.1.2，系数矩阵D可以通过Cholesky分解为TDRR的形式，其中R是上三角矩阵。则k,k1w的数学期望与方差分别表示为,1T,10kkkkQQEwDwDRR(3-4)设m1维多元正态随机变量~N0,mmωQI，则多元随机变量TRω的数学期望与方差分别为
电子科技大学硕士学位论文3222211RMSEMiiiiiiXYZXYZiVVVVVVVM(3-49)其中，M表示蒙特卡洛运行次数，含上标^表示估值，不含上标则表示当前时刻真值。M100时，各自适应滤波与真实噪声方差的CKF的运行结果如图3-1至3-8所示。图3-1不同阶段VCEAKF与CKF位置和速度估计均方根误差
【参考文献】：
期刊论文
[1]GPS/INS超紧组合载波跟踪环路最优带宽在线设计[J]. 许萧寒,王可东. 中国空间科学技术. 2019(02)
[2]基于神经网络的INS/GPS组合导航误差补偿研究[J]. 鲍泳林,李皓,袁鸣,董严. 弹箭与制导学报. 2019(02)
[3]A Robust Graph Optimization Realization of Tightly Coupled GNSS/INS Integrated Navigation System for Urban Vehicles[J]. Wei Li,Xiaowei Cui,Mingquan Lu. Tsinghua Science and Technology. 2018(06)
[4]高动态下SINS辅助北斗捕获方法优化[J]. 孟照魁,王文杰,高爽,李先慕. 宇航学报. 2017(01)
[5]北斗/惯导深组合系统捕获与环路控制研究[J]. 王焕浩,曾庆化,孟骞,冯绍军. 兵器装备工程学报. 2016(03)
[6]基于MEMS的微型惯性导航技术综述[J]. 杜小菁,翟峻仪. 飞航导弹. 2014(09)
[7]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)
[8]基于卫星导航系统的组合导航技术及其发展综述[J]. 许云达,赵修斌. 飞航导弹. 2014(05)
[9]利用SVM的GPS/INS组合导航滤波发散抑制方法研究[J]. 李增科,王坚,高井祥,谭兴龙. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(10)
[10]基于cubature Kalman filter的INS/GPS组合导航滤波算法[J]. 孙枫,唐李军. 控制与决策. 2012(07)
博士论文
[1]高精度状态估计方法研究及其在目标跟踪和协同定位中的应用[D]. 黄玉龙.哈尔滨工程大学 2018
[2]MEMS-SINS/GPS组合导航关键技术研究[D]. 崔留争.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[3]星图识别与组合导航滤波方法研究[D]. 胡海东.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于SINS/北斗的组合导航技术研究[D]. 葛牧川.内蒙古大学 2017
[2]低成本MEMS陀螺仪随机漂移误差的建模及修正[D]. 熊必凤.西南大学 2017
[3]基于松耦合方式的低成本GPS/SINS组合导航系统的设计与实现[D]. 张剑锋.电子科技大学 2014
[4]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：3264012
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多传感器单历元同步采样示意图
第三章非确定性噪声及时变环境影响下的多传感器融合估计23图3-2多传感器融合示意图对周期内的任意时刻t而言，状态有微分表达式xtAxt+Gωt(3-1)其中，xt表示时刻t的m1维状态向量，A和G分别是mm维的状态驱动阵和系统噪声驱动阵，~N0,mmωtQI表示m1维的白色高斯系统噪声，Q为该噪声的方差因子。则将式（3-1）离散化，有离散的状态方程为kk,k1k1k,k1xΦxw(3-2)其中，k,k1Φ表示离散时刻k1到k的mm维状态转移矩阵，k,k1w表示m1维高斯随机过程，其协方差矩阵为,1TT,,kk1kkkkQdQwΦGGΦD(3-3)即k,k1w的协方差矩阵可视为为系数矩阵D和方差因子Q的乘积。对式（3-3）中高斯随机过程k,k1w的协方差矩阵进行分析，根据概率统计和矩阵运算相关知识，协方差的系数矩阵D应该同时满足对称性和正定性，即D是对称正定矩阵。由定理2.1.2，系数矩阵D可以通过Cholesky分解为TDRR的形式，其中R是上三角矩阵。则k,k1w的数学期望与方差分别表示为,1T,10kkkkQQEwDwDRR(3-4)设m1维多元正态随机变量~N0,mmωQI，则多元随机变量TRω的数学期望与方差分别为
电子科技大学硕士学位论文3222211RMSEMiiiiiiXYZXYZiVVVVVVVM(3-49)其中，M表示蒙特卡洛运行次数，含上标^表示估值，不含上标则表示当前时刻真值。M100时，各自适应滤波与真实噪声方差的CKF的运行结果如图3-1至3-8所示。图3-1不同阶段VCEAKF与CKF位置和速度估计均方根误差
【参考文献】：
期刊论文
[1]GPS/INS超紧组合载波跟踪环路最优带宽在线设计[J]. 许萧寒,王可东. 中国空间科学技术. 2019(02)
[2]基于神经网络的INS/GPS组合导航误差补偿研究[J]. 鲍泳林,李皓,袁鸣,董严. 弹箭与制导学报. 2019(02)
[3]A Robust Graph Optimization Realization of Tightly Coupled GNSS/INS Integrated Navigation System for Urban Vehicles[J]. Wei Li,Xiaowei Cui,Mingquan Lu. Tsinghua Science and Technology. 2018(06)
[4]高动态下SINS辅助北斗捕获方法优化[J]. 孟照魁,王文杰,高爽,李先慕. 宇航学报. 2017(01)
[5]北斗/惯导深组合系统捕获与环路控制研究[J]. 王焕浩,曾庆化,孟骞,冯绍军. 兵器装备工程学报. 2016(03)
[6]基于MEMS的微型惯性导航技术综述[J]. 杜小菁,翟峻仪. 飞航导弹. 2014(09)
[7]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)
[8]基于卫星导航系统的组合导航技术及其发展综述[J]. 许云达,赵修斌. 飞航导弹. 2014(05)
[9]利用SVM的GPS/INS组合导航滤波发散抑制方法研究[J]. 李增科,王坚,高井祥,谭兴龙. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(10)
[10]基于cubature Kalman filter的INS/GPS组合导航滤波算法[J]. 孙枫,唐李军. 控制与决策. 2012(07)
博士论文
[1]高精度状态估计方法研究及其在目标跟踪和协同定位中的应用[D]. 黄玉龙.哈尔滨工程大学 2018
[2]MEMS-SINS/GPS组合导航关键技术研究[D]. 崔留争.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[3]星图识别与组合导航滤波方法研究[D]. 胡海东.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于SINS/北斗的组合导航技术研究[D]. 葛牧川.内蒙古大学 2017
[2]低成本MEMS陀螺仪随机漂移误差的建模及修正[D]. 熊必凤.西南大学 2017
[3]基于松耦合方式的低成本GPS/SINS组合导航系统的设计与实现[D]. 张剑锋.电子科技大学 2014
[4]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：3264012
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