惯性/GNSS/偏振光罗盘组合导航方法研究
发布时间：2021-07-22 07:05
近年来,无人运动平台在民用,军用等领域的重要性不断增加,无人平台的研究已经逐渐成了为各国竞争的热点之一。导航是无人平台中非常重要的一环,所以其搭载的无人导航系统的稳定性和精确性在无人平台中起了决定性的作用。偏振光是新兴起的一种导航方法。他利用的导航信息来源于自然,具有稳定分布的特点,在短时间内无法人为破坏,可以实现稳定自主导航。但是偏振光导航的发展还存在一些局限性,所以为了得到一个稳定的高精度的偏振光导航系统,本文提出了一种MEMS-INS/偏振光/GNSS无缝组合导航系统,主要包括无缝导航模型构建、信息融合算法、无缝抗干扰建模三部分。1)导航模型构建:提出了多传感器组合导航系统模型并搭建了以TX2为核心的多传感器信息接收及处理平台,装载于自制的无人车上进行试验。2)信息融合算法:提出了一种新的非线性系统自适应卡尔曼滤波器。该滤波器自适应估计系统的协方差,提高了系统鲁棒性、精度、频率以及减少了计算量。实验结果表明,该模型具有相同的高频和低频导航精度,保证了系统的高频输出。与其他算法相比,系统的输出误差均值从4.81提升到了2.18,减少了54.7%;误差的均方根误差从2.83减少到了1...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四通道仿生偏振相机Fig.1.2four-channelbionicpolarizingcamera
中北大学学位论文8标系：1)地心地固坐标系地心地固坐标系(Earth-centeredEarth-fixed,ECEF)，一般简称地球坐标系，坐标系的原点是地球的质心。如图2.1所示，z轴定义为地球自转轴，北极为正，南极为负，从地心指向地球的真北极点;x轴从地心指向赤道与IERS参考子午线(IERSreferencemeridian,IRM)，又称协议零度子午线(conventionalzeromeridian,CZM)的交点(协议零度子午线上，定义经度为00);由右手准则可知，y轴从地心指向赤道与90°东经子午线的交点。同ECEF用符号e表示。图2.1地心地固坐标系示意图Fig.2.1schematicdiagramofgeocentricsolidcoordinatesystem2)当地导航坐标系当地导航坐标系(localnavigationframe)，他是定义在地球表面的坐标系，一般以观察者或者被测物体的起点作为原点，坐标轴方向一般是以地理方向东向、北向，地向定义，并且用n来表示当地导航坐标系。这里按惯例，定义z轴，又称为地向轴，大致指向地心。但是由于地球自身存在一些重力异常的地区，所以和实际的重力矢量有一定的区别。x轴垂直于z轴的平面内，为北向轴。从载体指向北极的方向。y轴为东向轴，从载体出发，和x、z轴相互垂直，东向为正。
中北大学学位论文9图2.2当地导航坐标系示意图Fig.2.2schematicdiagramoflocalnavigationcoordinatesystemN坐标系在导航坐标系中具有很重要的位置，我们平时所说的导航信息基本都是基于n系的，所以n系的应用很广泛，大部分的导航信息也是用n系来表示。但是由于其一个轴是指向北极的，所以n系在两极会出现奇异所以无法使用，两极地区的导航系统一般都是先用别的导航坐标系来替代，得到导航信息之后再转化为n系。3)载体坐标系载体坐标系(bodyframe)，一般用符号b表示。一般情况下坐标系的原点可以和n系的原点重合，但是和n系不一样的是，载体坐标系的x轴指的是载体的前进方向；z系垂直与载体平面指向载体下方；y方向一般指的是载体前进方向的右方向。对于载体本身来说，姿态的改变就是对应的三轴转动，x轴转动导致载体的横滚角发生变化；y轴转动导致载体的俯仰角发生变化；z轴转动导致载体的航向角发生变化。载体坐标系是直接坐落于载体本身的坐标系，载体所搭载传感器得到的信息也都是基于载体坐标系的，通过后续的处理转化为其他坐标系。所以n系在导航中属于基础坐标系。图2.3载体坐标系示意图Fig.2.3schematicdiagramofcarriercoordinatesystem导航中，一个坐标系的线运动和角运动都是相对于另外一个坐标系而言的。导航中我们经常说到的速度位置等导航信息，这些信息都是相对于某一个坐标系而言得到的运
【参考文献】：
期刊论文
[1]地面无人平台视觉导航定位技术研究[J]. 付梦印,宋文杰,杨毅,王美玲. 导航定位与授时. 2019(04)
[2]基于偏振光传感器的全姿态角解算方法研究[J]. 金仁成,孙加亮,谢林达,蔚彦昭,褚金奎. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(06)
[3]强跟踪自适应SRCKF的卫星姿态确定算法[J]. 袁晓波,张超,詹银虎. 测绘科学. 2018(03)
[4]基于奇异值分解的鲁棒容积卡尔曼滤波及其在组合导航中的应用[J]. 张秋昭,张书毕,刘志平,卞和方. 控制与决策. 2014(02)
[5]仿生复眼光学偏振传感器及其大气偏振E矢量检测应用[J]. 丁宇凯,唐军,王飞,王晨光,翟超,曹卫达,周智君,赵鹏飞,刘俊. 传感技术学报. 2013(12)
[6]自适应强跟踪容积卡尔曼滤波算法[J]. 赵利强,罗达灿,王建林,于涛. 北京化工大学学报(自然科学版). 2013(03)
[7]高动态GPS/SINS组合导航精确定位方法研究[J]. 李建文,郝顺义. 信息与控制. 2009(03)
[8]新型仿生偏振测角传感器及角度误差补偿算法[J]. 赵开春,褚金奎,张强,王体昌. 宇航学报. 2009(02)
博士论文
[1]GNSS/INS深组合导航理论与方法研究[D]. 陈坡.解放军信息工程大学 2013
[2]组合导航系统多源信息融合关键技术研究[D]. 袁克非.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]SINS/GPS组合导航数据处理方法研究[D]. 苗岳旺.解放军信息工程大学 2013
[2]捷联惯导系统罗经对准方法研究[D]. 王进.国防科学技术大学 2005
[3]DSP在INS/GPS组合导航系统中的应用[D]. 黎玉刚.西北工业大学 2005
[4]基于DSP的SINS/GPS组合导航系统设计[D]. 铁海峰.南京理工大学 2004
本文编号：3296690
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四通道仿生偏振相机Fig.1.2four-channelbionicpolarizingcamera
中北大学学位论文8标系：1)地心地固坐标系地心地固坐标系(Earth-centeredEarth-fixed,ECEF)，一般简称地球坐标系，坐标系的原点是地球的质心。如图2.1所示，z轴定义为地球自转轴，北极为正，南极为负，从地心指向地球的真北极点;x轴从地心指向赤道与IERS参考子午线(IERSreferencemeridian,IRM)，又称协议零度子午线(conventionalzeromeridian,CZM)的交点(协议零度子午线上，定义经度为00);由右手准则可知，y轴从地心指向赤道与90°东经子午线的交点。同ECEF用符号e表示。图2.1地心地固坐标系示意图Fig.2.1schematicdiagramofgeocentricsolidcoordinatesystem2)当地导航坐标系当地导航坐标系(localnavigationframe)，他是定义在地球表面的坐标系，一般以观察者或者被测物体的起点作为原点，坐标轴方向一般是以地理方向东向、北向，地向定义，并且用n来表示当地导航坐标系。这里按惯例，定义z轴，又称为地向轴，大致指向地心。但是由于地球自身存在一些重力异常的地区，所以和实际的重力矢量有一定的区别。x轴垂直于z轴的平面内，为北向轴。从载体指向北极的方向。y轴为东向轴，从载体出发，和x、z轴相互垂直，东向为正。
中北大学学位论文9图2.2当地导航坐标系示意图Fig.2.2schematicdiagramoflocalnavigationcoordinatesystemN坐标系在导航坐标系中具有很重要的位置，我们平时所说的导航信息基本都是基于n系的，所以n系的应用很广泛，大部分的导航信息也是用n系来表示。但是由于其一个轴是指向北极的，所以n系在两极会出现奇异所以无法使用，两极地区的导航系统一般都是先用别的导航坐标系来替代，得到导航信息之后再转化为n系。3)载体坐标系载体坐标系(bodyframe)，一般用符号b表示。一般情况下坐标系的原点可以和n系的原点重合，但是和n系不一样的是，载体坐标系的x轴指的是载体的前进方向；z系垂直与载体平面指向载体下方；y方向一般指的是载体前进方向的右方向。对于载体本身来说，姿态的改变就是对应的三轴转动，x轴转动导致载体的横滚角发生变化；y轴转动导致载体的俯仰角发生变化；z轴转动导致载体的航向角发生变化。载体坐标系是直接坐落于载体本身的坐标系，载体所搭载传感器得到的信息也都是基于载体坐标系的，通过后续的处理转化为其他坐标系。所以n系在导航中属于基础坐标系。图2.3载体坐标系示意图Fig.2.3schematicdiagramofcarriercoordinatesystem导航中，一个坐标系的线运动和角运动都是相对于另外一个坐标系而言的。导航中我们经常说到的速度位置等导航信息，这些信息都是相对于某一个坐标系而言得到的运
【参考文献】：
期刊论文
[1]地面无人平台视觉导航定位技术研究[J]. 付梦印,宋文杰,杨毅,王美玲. 导航定位与授时. 2019(04)
[2]基于偏振光传感器的全姿态角解算方法研究[J]. 金仁成,孙加亮,谢林达,蔚彦昭,褚金奎. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(06)
[3]强跟踪自适应SRCKF的卫星姿态确定算法[J]. 袁晓波,张超,詹银虎. 测绘科学. 2018(03)
[4]基于奇异值分解的鲁棒容积卡尔曼滤波及其在组合导航中的应用[J]. 张秋昭,张书毕,刘志平,卞和方. 控制与决策. 2014(02)
[5]仿生复眼光学偏振传感器及其大气偏振E矢量检测应用[J]. 丁宇凯,唐军,王飞,王晨光,翟超,曹卫达,周智君,赵鹏飞,刘俊. 传感技术学报. 2013(12)
[6]自适应强跟踪容积卡尔曼滤波算法[J]. 赵利强,罗达灿,王建林,于涛. 北京化工大学学报(自然科学版). 2013(03)
[7]高动态GPS/SINS组合导航精确定位方法研究[J]. 李建文,郝顺义. 信息与控制. 2009(03)
[8]新型仿生偏振测角传感器及角度误差补偿算法[J]. 赵开春,褚金奎,张强,王体昌. 宇航学报. 2009(02)
博士论文
[1]GNSS/INS深组合导航理论与方法研究[D]. 陈坡.解放军信息工程大学 2013
[2]组合导航系统多源信息融合关键技术研究[D]. 袁克非.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]SINS/GPS组合导航数据处理方法研究[D]. 苗岳旺.解放军信息工程大学 2013
[2]捷联惯导系统罗经对准方法研究[D]. 王进.国防科学技术大学 2005
[3]DSP在INS/GPS组合导航系统中的应用[D]. 黎玉刚.西北工业大学 2005
[4]基于DSP的SINS/GPS组合导航系统设计[D]. 铁海峰.南京理工大学 2004
本文编号：3296690
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