嵌入式GNSS/SINS超紧组合导航系统的设计与实现
发布时间：2024-06-01 16:49
现代战争中精确制导武器发挥着越来越重要的作用,然而在日益复杂的战场环境下精确制导武器经常面临高动态、弱信号以及强干扰等不利因素。为了进一步提高导航系统在复杂环境下的综合性能,在卫星导航的基础上引入惯性导航系统进行组合已成为未来的发展方向。本文以国家自然科学基金项目为研究背景,以GNSS/SINS超紧组合导航系统为研究对象,包括导航算法的研究与原理样机的软、硬件设计。论文的主要内容包括:(1)对GNSS/SINS超紧组合导航系统中的GNSS、SINS系统进行分析;对卫星信息处理及捷联惯性导航解算的程序流程进行设计;对不同组合模式的优缺点进行对比,从中选择合适的组合模式。(2)对超紧组合导航系统中的组合滤波器进行研究,其中包括系统的误差建模、滤波器设计等;针对组合导航滤波器中,数据通讯延时带来的估计误差滞后问题,设计实现了数据同步以及基于状态转移矩阵的误差递推校正方法,并进行了试验验证。(3)针对高动态下的环境,对基于惯性信息辅助的GNSS接收机技术进行了研究,包括利用惯性信息辅助GNSS接收机对卫星信号的快速捕获;通过外部注入星历及惯性信息来辅助接收机实现快速热启动;以及利用惯性信息辅助...
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 GNSS/SINS技术的国内外发展现状
1.2.1 国外发展现状
1.2.2 国内发展现状
1.3 论文的研究内容与结构安排
2 导航基本原理
2.1 导航系统中常用坐标系
2.1.1 坐标系的定义
2.1.2 坐标系之间的转换
2.2 GNSS理论基础
2.2.1 全球导航卫星系统组成
2.2.2 GPS信号结构
2.2.3 GPS导航原理
2.2.4 卫星信息处理程序设计
2.3 SINS理论基础
2.3.1 SINS系统结构
2.3.2 姿态解算算法
2.3.3 速度解算算法
2.3.4 位置解算算法
2.3.5 捷联惯性导航解算程序设计
2.4 GNSS/SINS超紧组合导航系统分析
2.4.1 集中式GNSS/SINS超紧组合导航系统
2.4.2 分布式GNSS/SINS超紧组合导航系统
2.4.3 不同组合模式特点
2.5 本章小结
3 GNSS/SINS超紧组合导航系统设计
3.1 GNSS误差模型
3.1.1 卫星时钟误差及修正
3.1.2 卫星星历误差及修正
3.1.3 电离层延迟误差及修正
3.1.4 对流层延迟误差及修正
3.1.5 GNSS系统误差建模
3.2 SINS系统误差模型
3.2.1 惯性器件误差模型
3.2.2 姿态角误差模型
3.2.3 速度误差模型
3.2.4 位置误差模型
3.3 超紧组合导航系统滤波器设计
3.3.1 系统状态方程
3.3.2 系统观测方程
3.3.3 系统的离散化及卡尔曼滤波实现
3.3.4 超紧组合导航系统时间同步及误差校正
3.4 试验分析
3.5 本章小节
4 基于惯性信息辅助的GNSS接收机技术研究
4.1 基于惯性信息辅助的GNSS信号捕获技术
4.1.1 GNSS信号的三维搜索方式
4.1.2 GNSS信号时域捕获算法
4.1.3 惯性信息辅助GNSS信号捕获算法
4.1.4 试验分析
4.2 基于惯性信息辅助的初始定位技术
4.2.1 GNSS接收机的启动方式
4.2.2 热启动首次定位分析
4.2.3 SINS辅助GNSS接收机的快速热启动
4.2.4 试验分析
4.3 基于惯性信息辅助的GNSS信号跟踪技术
4.3.1 GNSS接收机跟踪环路结构设计
4.3.2 惯性辅助跟踪环路结构设计
4.3.3 基于IMU辅助的载波跟踪环路数学模型
4.3.4 惯性辅助信息精度对跟踪环路的影响
4.3.5 试验分析
4.4 本章小结
5 GNSS/SINS超紧组合导航系统软硬件设计
5.1 GNSS/SINS超紧组合导航系统实现方案
5.2 导航系统主要器件选择
5.2.1 射频模块
5.2.2 惯性传感器
5.2.3 DSP芯片选型
5.2.4 FPGA芯片选型
5.3 射频电路设计
5.3.1 射频前端结构
5.3.2 MAX2769配置方式及电路设计
5.3.3 射频电路测试
5.4 数据处理单元的电路设计
5.4.1 DSP与FPGA的之间的通信
5.4.2 DSP与惯性测量单元的通信
5.4.3 DSP与上位机间的通信
5.5 超紧组合导航系统的软件设计
5.5.1 系统软件的总体设计
5.5.2 DSP软件设计
5.5.3 FPGA软件设计
5.6 系统初始化
5.6.1 DSP初始化
5.6.2 系统时钟模块初始化
5.6.3 中断模块初始化
5.6.4 MAX2769初始化
5.7 本章小结
6 GNSS/SINS超紧组合导航系统试验与分析
6.1 GNSS模块试验
6.2 静态试验
6.3 实际跑车试验
6.4 本章小结
总结
致谢
参考文献
本文编号：3986186
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 GNSS/SINS技术的国内外发展现状
1.2.1 国外发展现状
1.2.2 国内发展现状
1.3 论文的研究内容与结构安排
2 导航基本原理
2.1 导航系统中常用坐标系
2.1.1 坐标系的定义
2.1.2 坐标系之间的转换
2.2 GNSS理论基础
2.2.1 全球导航卫星系统组成
2.2.2 GPS信号结构
2.2.3 GPS导航原理
2.2.4 卫星信息处理程序设计
2.3 SINS理论基础
2.3.1 SINS系统结构
2.3.2 姿态解算算法
2.3.3 速度解算算法
2.3.4 位置解算算法
2.3.5 捷联惯性导航解算程序设计
2.4 GNSS/SINS超紧组合导航系统分析
2.4.1 集中式GNSS/SINS超紧组合导航系统
2.4.2 分布式GNSS/SINS超紧组合导航系统
2.4.3 不同组合模式特点
2.5 本章小结
3 GNSS/SINS超紧组合导航系统设计
3.1 GNSS误差模型
3.1.1 卫星时钟误差及修正
3.1.2 卫星星历误差及修正
3.1.3 电离层延迟误差及修正
3.1.4 对流层延迟误差及修正
3.1.5 GNSS系统误差建模
3.2 SINS系统误差模型
3.2.1 惯性器件误差模型
3.2.2 姿态角误差模型
3.2.3 速度误差模型
3.2.4 位置误差模型
3.3 超紧组合导航系统滤波器设计
3.3.1 系统状态方程
3.3.2 系统观测方程
3.3.3 系统的离散化及卡尔曼滤波实现
3.3.4 超紧组合导航系统时间同步及误差校正
3.4 试验分析
3.5 本章小节
4 基于惯性信息辅助的GNSS接收机技术研究
4.1 基于惯性信息辅助的GNSS信号捕获技术
4.1.1 GNSS信号的三维搜索方式
4.1.2 GNSS信号时域捕获算法
4.1.3 惯性信息辅助GNSS信号捕获算法
4.1.4 试验分析
4.2 基于惯性信息辅助的初始定位技术
4.2.1 GNSS接收机的启动方式
4.2.2 热启动首次定位分析
4.2.3 SINS辅助GNSS接收机的快速热启动
4.2.4 试验分析
4.3 基于惯性信息辅助的GNSS信号跟踪技术
4.3.1 GNSS接收机跟踪环路结构设计
4.3.2 惯性辅助跟踪环路结构设计
4.3.3 基于IMU辅助的载波跟踪环路数学模型
4.3.4 惯性辅助信息精度对跟踪环路的影响
4.3.5 试验分析
4.4 本章小结
5 GNSS/SINS超紧组合导航系统软硬件设计
5.1 GNSS/SINS超紧组合导航系统实现方案
5.2 导航系统主要器件选择
5.2.1 射频模块
5.2.2 惯性传感器
5.2.3 DSP芯片选型
5.2.4 FPGA芯片选型
5.3 射频电路设计
5.3.1 射频前端结构
5.3.2 MAX2769配置方式及电路设计
5.3.3 射频电路测试
5.4 数据处理单元的电路设计
5.4.1 DSP与FPGA的之间的通信
5.4.2 DSP与惯性测量单元的通信
5.4.3 DSP与上位机间的通信
5.5 超紧组合导航系统的软件设计
5.5.1 系统软件的总体设计
5.5.2 DSP软件设计
5.5.3 FPGA软件设计
5.6 系统初始化
5.6.1 DSP初始化
5.6.2 系统时钟模块初始化
5.6.3 中断模块初始化
5.6.4 MAX2769初始化
5.7 本章小结
6 GNSS/SINS超紧组合导航系统试验与分析
6.1 GNSS模块试验
6.2 静态试验
6.3 实际跑车试验
6.4 本章小结
总结
致谢
参考文献
本文编号：3986186
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3986186.html
