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1、碩士學(xué)位論文GNSS/INS組合導(dǎo)航濾波算法研究ResearchontheFilterAlgorithmforGNSS/INSIntegratedNavigation作者：徐波導(dǎo)師：高井祥教授中國(guó)礦業(yè)大學(xué)二〇一六年五月中圖分類號(hào)P228.4學(xué)校代碼10290UDC528密級(jí)公開中國(guó)礦業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文GNSS/INS組合導(dǎo)航濾波算法研究ResearchontheFilterAlgorithmforGNSS/INSIntegratedNavigation作者徐波導(dǎo)師高井祥申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士培養(yǎng)單位環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院學(xué)科專業(yè)大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程研究方向GNSS導(dǎo)航定位答辯委員會(huì)主席吳
2、侃評(píng)閱人趙長(zhǎng)勝，鄭南山二○一六年五月論文審閱認(rèn)定書研究生徐波在規(guī)定的學(xué)習(xí)年限內(nèi)，按照研究生培養(yǎng)方案的要求，完成了研究生課程的學(xué)習(xí)，成績(jī)合格；在我的指導(dǎo)下完成本學(xué)位論文,經(jīng)審閱，論文中的觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)、表述和結(jié)構(gòu)為我所認(rèn)同，論文撰寫格式符合學(xué)校的相關(guān)規(guī)定，同意將本論文作為學(xué)位申請(qǐng)論文送專家評(píng)審。導(dǎo)師簽字：年月日致謝時(shí)光荏苒，碩士階段的求學(xué)生涯即將結(jié)束。碩士求學(xué)期間，身邊的良師益友給予了很多的幫助，在此表示感激之情。師從高井祥教授三載，我深深感受到他在生活、學(xué)習(xí)和科研上的照顧和關(guān)懷。平易近人、寬厚待人的為人處世之方，學(xué)識(shí)淵博、寬容自由和聯(lián)系實(shí)際的科研之風(fēng)，使我深受啟發(fā)。每次與老師的
3、交流都讓我受益匪淺，每次老師的關(guān)心都讓我倍感親切，每次老師的指導(dǎo)都讓我醍醐灌頂。老師總是用簡(jiǎn)單的言語(yǔ)表達(dá)深刻的道理和殷切的期望，讓我由此產(chǎn)生了堅(jiān)定的信心以及源源不斷的動(dòng)力。感謝王堅(jiān)教授一直以來給予的指導(dǎo)和幫助。他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，科研上要求精益求精，深刻把握科學(xué)前沿和問題的關(guān)鍵。他指出的要點(diǎn)，雖然當(dāng)時(shí)不能完全領(lǐng)悟，但是經(jīng)過一段時(shí)間的沉淀，才會(huì)加深自己對(duì)問題的理解深度。每次與王堅(jiān)老師的學(xué)術(shù)交流，總是有意猶未盡的感覺。感謝李增科博士和姚一飛博士提供的編程支持，感謝姚麗慧博士的鼓勵(lì)和開導(dǎo)，感謝韓厚增博士無私的經(jīng)驗(yàn)分享。感謝師兄（弟）李鵬博士、寧一鵬博士、林鵬博士、鄧海峰碩士、黨相振碩士、
4、張亮碩士、王生朝碩士、曹新運(yùn)碩士、王浩碩士、胡安東碩士、秦長(zhǎng)彪碩士、王興碩士、劉洋碩士、郭忠臣碩士、彭小強(qiáng)碩士、趙文曄碩士、孫晶碩士、趙龍碩士、王益鵬碩士、梁寧碩士、常方正碩士、王宏瑩碩士、錢榮榮碩士等，是大家的共同努力和無私奉獻(xiàn)使團(tuán)隊(duì)的發(fā)展蒸蒸日上，使團(tuán)隊(duì)的氣氛像家一樣溫馨，使團(tuán)隊(duì)的每一個(gè)人受益。感謝父母一直以來的默默支持、鼓勵(lì)和寬容，感謝我的妻子鄒慧，三年來同甘共苦，給我巨大的鼓勵(lì)和動(dòng)力。在我驕傲?xí)r提醒我再接再厲，在我彷徨時(shí)鼓勵(lì)我堅(jiān)持不懈。感謝各位論文評(píng)閱人和答辯專家提出的寶貴意見。感謝論文送審過程中各位老師的辛勤勞動(dòng)。摘要全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)（GNSS）與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（I
5、NS）進(jìn)行組合，將二者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行組合，能夠提供連續(xù)的、高精度的導(dǎo)航信息（位置、速度和姿態(tài)）。本文對(duì)GNSS/INS組合導(dǎo)航的濾波理論進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，內(nèi)容重點(diǎn)涵蓋了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理、GNSS/INS組合導(dǎo)航基本原理、GNSS定位模式和信號(hào)傳播相關(guān)的誤差分析、GNSS/DR組合導(dǎo)航濾波算法、GNSS/INS緊組合導(dǎo)航模式隨機(jī)模型誤差和函數(shù)模型誤差自適應(yīng)濾波算法、抗差濾波算法和依次抗差濾波算法研究等。主要工作和研究成果概括如下：（1）總結(jié)了GNSS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理原理，分別介紹了INS導(dǎo)航、GNSS導(dǎo)航的基本原理以及對(duì)GNSS定位模式和信號(hào)傳播相關(guān)的誤差進(jìn)行了分析比
6、較。（2）介紹了標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波算法、自適應(yīng)卡爾曼濾波算法和抗差卡爾曼濾波算法模型的基本原理，并將擴(kuò)展卡爾曼濾波算法（EKF）、自適應(yīng)EKF算法和抗差EKF算法運(yùn)用于GPS/DR組合導(dǎo)航中并比較它們之間的不同點(diǎn)。（3）針對(duì)多傳感器觀測(cè)信息較多，計(jì)算效率低下，本文采用了一種基于馬氏距離建立的自適應(yīng)卡爾曼濾波算法。根據(jù)觀測(cè)值和預(yù)測(cè)值之間的差值建立馬氏距離，其中馬氏距離的平方值服從卡方分布。以馬氏距離的平方值作為判斷參數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)通過假設(shè)檢驗(yàn)的方法探測(cè)模型誤差，并運(yùn)用牛頓迭代法建立的因子對(duì)模型誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低模型誤差影響。分別對(duì)GNSS/INS緊組合隨機(jī)模型誤差和函數(shù)模型誤
7、差模擬并運(yùn)用本文提出的濾波算法進(jìn)行解算。結(jié)果表明，論文提出的濾波算法在保證計(jì)算正確性的基礎(chǔ)上能夠提高計(jì)算效率。（4）當(dāng)觀測(cè)值存在粗差時(shí)，運(yùn)用卡爾曼濾波算法進(jìn)行解算可能會(huì)出現(xiàn)濾波發(fā)散等問題。本文采用基于馬氏距離的抗差卡爾曼濾波算法，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)通過假設(shè)檢驗(yàn)的方法探測(cè)異常值，并運(yùn)用牛頓迭代法建立的的抗差因子對(duì)異常值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而降低異常值對(duì)動(dòng)力學(xué)模型的影響。將該算法運(yùn)用在GNSS/INS緊組合中，結(jié)果表明，該算法具有較好的抵抗動(dòng)力學(xué)模型誤差的效果，能夠有效消除動(dòng)力學(xué)模型中的異常值。（5）針對(duì)觀測(cè)向量中存在多種類型的觀
