基于GNSS/INS融合的林区消防员导航研究

发布时间：2024-06-05 05:38

　　森林火灾在蔓延过程中会产生大量烟气,消防人员在执行林火扑救任务的过程中长时间吸入烟气会使人身安全受到严重威胁。通过指挥人员实时监测消防员的位置信息并组织有效施救,能够减少人员损失。目前,卫星导航和惯性导航在林火扑救领域应用广泛,但是全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在森林环境中易受树木遮挡的影响,失去定位能力,而惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)长时间工作存在累积误差,无法提供精准导航。鉴于二者的互补特性,本文将GNSS和INS组合提高导航精度,满足消防员的定位需求。本文首先详细阐述了行人惯性导航的基本理论,针对行人的脚部运动特征进行建模,推导了行人的姿态和位置解算算法。为了抑制传感器漂移产生的累积误差,将零速更新方法应用于惯性导航系统,设计了基于广义似然比的零速检测方法和基于卡尔曼滤波和粒子滤波的零速修正算法,并针对粒子滤波的不足对其进行改进,通过自适应调整粒子滤波的阈值提高零速更新的精度。同时,考虑到消防员在搜救过程中磁强计易受铁磁物质干扰,现有的方法对于弱磁干扰经常出现误检测...

【文章页数】：78 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
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 行人惯性导航研究现状
        1.2.2 卫星导航研究现状
        1.2.3 组合导航研究现状
    1.3 论文主要内容与章节安排
2.行人导航系统理论基础
    2.1 引言
    2.2 捷联惯性导航技术概述
        2.2.1 常用坐标系定义
        2.2.2 常用坐标系之间的转换
    2.3 行人捷联惯性导航算法
        2.3.1 姿态更新算法
        2.3.2 速度更新算法
        2.3.3 位置更新算法
    2.4 本章小结
3.零速更新算法研究
    3.1 引言
    3.2 零速检测
        3.2.1 阈值零速检测法
        3.2.2 广义似然比零速检测法
    3.3 零速修正
        3.3.1 梯度下降法
        3.3.2 卡尔曼滤波
        3.3.3 粒子滤波
    3.4 磁场干扰检测与修正
        3.4.1 广义似然比检测法
        3.4.2 卡尔曼粒子滤波修正
    3.5 本章小结
4.GNSS和 INS组合导航算法设计
    4.1 引言
    4.2 GNSS和 INS组合导航概述
    4.3 GNSS和 INS耦合方式
        4.3.1 松耦合
        4.3.2 紧耦合
    4.4 组合导航参数的误差模型
        4.4.1 姿态误差方程
        4.4.2 速度误差方程
        4.4.3 位置误差方程
    4.5 组合导航系统的数学模型
        4.5.1 状态方程的建立
        4.5.2 观测方程的建立
    4.6 组合导航算法分析
    4.7 本章小结
5.GNSS和 INS组合导航算法实验验证
    5.1 引言
    5.2 实验系统的搭建
    5.3 实验场景的选取
    5.4 组合导航实验设计
        5.4.1 静态实验
        5.4.2 直线行走实验
        5.4.3 闭合轨迹实验
    5.5 导航算法性能评估
    5.6 本章小结
6.总结和展望
    6.1 论文总结
    6.2 论文工作展望
参考文献
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢



本文编号：3989726