动态矢量重力测量系统仿真研究

发布时间：2017-09-06 23:17

  本文关键词：动态矢量重力测量系统仿真研究

  更多相关文章： 动态矢量重力测量 误差模型 INS/GNSS数据融合 卡尔曼滤波 仿真软件

【摘要】：动态矢量重力测量对于大地测量学与地球物理学的研究具有重要的意义。随着动态矢量重力测量系统软硬件复杂性日益增加,动态矢量重力测量系统更新难度越来越大,更新成本也越来越高。而动态矢量重力测量的仿真研究不受现有硬件系统限制,能够更加方便快捷的进行理论研究,对于实际动态矢量重力测量具有重要的理论指导意义。本文针对惯性器件精度对动态矢量重力测量误差的影响、动态矢量重力信号的解算算法以及动态矢量重力测量结果的补偿与修正方法进行了深入研究,并设计动态矢量重力测量仿真软件,所完成的主要内容包括：(1)基于矢量重力测量原理,研究了惯性器件误差对动态矢量重力测量精度的影响。根据惯性器件的误差原理,建立了惯性器件的仿真模型,并仿真生成了加速度计、陀螺的输出信号。基于四元数微分方程的毕卡解法实现了姿态矩阵的更新。实现了加速度计仿真输出的坐标转换,完成了矢量重力信号的解算；通过设置惯性器件误差仿真模型误差参数,仿真研究了惯性器件误差对动态矢量重力测量精度的影响。(2)利用INS/GNSS数据融合方法对矢量重力信号进行了修正。从重力测量系统误差状态理论出发,设计了用于INS/GNSS数据融合的15状态卡尔曼滤波器。对INS/GNSS数据融合模型的观测量进行了改进,提高了系统的可观测性,取得了更加精确的误差估计。利用INS/GNSS数据融合得到的误差估计值,对矢量重力信号进行了修正。修正结果表明通过改进后的卡尔曼滤波器进行INS/GNSS数据融合,能够有效抑制惯性器件常值漂移对矢量重力信号的影响。(3)针对矢量重力信号的时域和频域特性完成了滤波器的设计,对矢量重力信号修正值进行了滤波处理。阐述了Savitzky-Golay、巴特沃斯以及移动平均三种滤波器滤的滤波模型与滤波原理。进行了低通滤波实验,实验结果表明在执行效率与滤波效果上Savitzky-Golay滤波器存在一定的优势。利用Savitzky-Golay滤波器对矢量重力信号修正值进行了滤波处理,处理结果表明滤波处理能够很好的消除惯性器件白噪声对矢量重力信号的影响。(4)利用Visual C#与Matlab混合编程的方法,设计完成了界面友好、易于操作、功能较为齐全的动态矢量重力测量系统仿真软件。仿真软件能够方便、快捷的实现航行轨迹仿真、惯性器件输出仿真、GNSS数据仿真、惯性导航解算仿真、矢量重力信号解算仿真以及滤波处理功能。仿真软件应用实验表明,该仿真软件具有良好的实用性,能够满足动态矢量重力测量系统的仿真研究。
【关键词】：动态矢量重力测量 误差模型 INS/GNSS数据融合 卡尔曼滤波 仿真软件
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH761.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国外重力测量技术研究现状12-15
• 1.2.1 标量重力测量的发展现状12-14
• 1.2.2 矢量重力测量发展现状14-15
• 1.3 国内重力测量技术的研究现状15-16
• 1.3.1 标量重力测量的发展现状15-16
• 1.3.2 矢量重力测量的发展现状16
• 1.4 重力测量仿真技术的研究现状16-17
• 1.5 论文主要内容及组织结构17-19
• 第二章 矢量力测量基本理论及误差分析19-30
• 2.1 重力测量的数学基础19-23
• 2.1.1 重力测量的坐标系19
• 2.1.2 重力测量常用坐标系的相互转换19-23
• 2.2 动态矢量重力测量的基本原理23
• 2.3 动态矢量重力测量的数学模型23-25
• 2.4 动态矢量重力测量的误差模型25
• 2.5 载体定位误差与惯性器件误差对动态矢量重力测量精度的影响25-29
• 2.5.1 载体定位精度对动态矢量重力测量精度的影响25-27
• 2.5.2 惯性器件误差对动态矢量重力测量精度的影响27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 载体轨迹生成与重力测量系统误差仿真分析30-50
• 3.1 载体轨迹仿真模型30-34
• 3.1.1 载体姿态数据数据模拟30-32
• 3.1.2 载体位置数据仿真32-34
• 3.2 惯性元器件仿真模型34-38
• 3.2.1 陀螺的原理与仿真模型34-36
• 3.2.2 加速度计的原理与仿真模型36-38
• 3.3 矢量重力解算与系统误差的仿真分析38-49
• 3.3.1 载体轨迹的仿真生成38-41
• 3.3.2 矢量重力数据解算仿真41-45
• 3.3.3 惯性器件误差对矢量重力测量精度影响仿真分析45-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 动态矢量重力测量数据融合修正与滤波处理仿真研究50-69
• 4.1 GNSS仿真数据的生成50-52
• 4.2 导航坐标系下INS/GNSS卡尔曼数据融合模型建立及其仿真分析52-63
• 4.2.1 卡尔曼滤波算法52-54
• 4.2.2 INS/GNSS卡尔曼数据融合模型建立54-58
• 4.2.3 基于卡尔曼数据融合的重力数据修正仿真分析58-63
• 4.3 低通滤波设计与仿真分析63-68
• 4.3.1 几种滤波器的介绍63-65
• 4.3.2 低通滤波仿真分析65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 动态矢量重力测量系统仿真软件设计与应用实验69-86
• 5.1 动态矢量重力测量系统仿真软件功能分析与软件开发69-80
• 5.1.1 动态矢量重力测量系统仿真软件功能结构设计69-78
• 5.1.2 动态矢量重力测量系统仿真软件编程实现78-80
• 5.2 动态矢量重力测量系统仿真软件应用实验80-85
• 5.3 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 本文总结86-87
• 6.2 未来工作展望87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 关越魏;何波贤;于仁清;丁广威;;基于四元数解算陀螺仪姿态角算法的实现[J];电脑编程技巧与维护;2015年09期

2 雷阳;门义双;;Savitzky-golay滤波在陀螺仪角加速度测量中的应用[J];微型机与应用;2014年13期

3 宁津生;;基于SINS/GNSS的航空矢量重力测量数据处理方法研究[J];中国工程科学;2014年03期

4 柯彪;高跃飞;罗炳华;徐凤军;;C#与MATLAB混合编程在内弹道设计中的应用[J];弹箭与制导学报;2013年05期

5 孙中苗;翟振和;李迎春;;航空重力仪发展现状和趋势[J];地球物理学进展;2013年01期

6 孙中苗;翟振和;李迎春;;航空重力测量的分辨率和精度分析[J];地球物理学进展;2010年03期

7 彭丁聪;;卡尔曼滤波的基本原理及应用[J];软件导刊;2009年11期

8 赵立业;李宏生;周百令;李坤宇;;高精度海洋重力测量中厄特弗斯改正误差分析[J];中国惯性技术学报;2008年04期

9 王丽红;张传定;王俊勤;聂国兴;;航空重力测量数学模型及其测量精度分析[J];测绘科学技术学报;2008年01期

10 徐遵义;晏磊;宁书年;邹华胜;;海洋重力辅助导航的研究现状与发展[J];地球物理学进展;2007年01期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 林旭;自适应Kalman滤波方法及其在航空矢量重力测量中的应用[D];武汉大学;2014年

2 张开东;基于SINS/DGPS的航空重力测量方法研究[D];国防科学技术大学;2007年

3 卢鸿谦;SINS/GPS组合导航性能增强技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 孙中苗;航空重力测量理论、方法及应用研究[D];解放军信息工程大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李晓峰;捷联惯导和组合导航的仿真研究[D];西安电子科技大学;2010年

2 赵玉霞;捷联惯导系统仿真算法的研究及其实现[D];大连理工大学;2005年

，

本文编号：806015