資源描述：
《MEMS-SINS_GPS_BDS緊組合導航關鍵算法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、Ｊ分類號：密級：ＵＤＣ：：編號工學碩士學位論文ＭＥＭＳ－ＳＩＮＳ／ＧＰＳ／ＢＤＳ緊組合導航關鍵算法研究碩士研究生：黃善樂指導教師：許兆新教授學科、專業(yè)：控制工程論文主審人：丁繼成副教授哈爾濱工程大學２０１７年２月分類號：密級：UDC：編號：工學碩士學位論文MEMS-SINS/GPS/BDS緊組合導航關鍵算法研究碩士研究生：黃善樂指導教師：許兆新研究員學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：控制工程所在單位：自動化學院論文提交日期：2017年12月25日論文答辯日期：2018年3月8日學位授予單位：哈爾濱工程大學ClassifiedIndex:
2、U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchofKeyAlgorithmsforMEMS-SINS/GPS/BDSTightlyCoupledNavigationCandidate:ShanleHuangSupervisor:Prof.ZhaoxinXuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringDateofSubmission:Dec.25,2017DateofOralExamination:Mar.8,2018Universi
3、ty:HarbinEngineeringUniversity摘要基于微機電系統(tǒng)（Micro-ElctroMechanicalSystems,MEMS）的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)（StrapdownInertialNavigationSystem,SINS）憑借其成本低、質量輕和體積小的優(yōu)勢被廣泛應用，但是其存在誤差隨著時間推移發(fā)散不能長時間獨立工作的致命缺點。美國的全球定位系統(tǒng)（GlobalPositingSystem,GPS）和我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS）的定位誤差和時間不相關，但是抗干擾能力弱。將MEMS-SINS和
4、GPS/BDS兩個獨立的系統(tǒng)進行組合，讓組合后的性能優(yōu)于各自獨立系統(tǒng)。本文將對MEMS-SINS/GPS/BDS緊組合導航關鍵算法進行研究，緊組合導航算法設計的關鍵問題是：MEMS-SINS和GPS/BDS的數(shù)據(jù)融合算法，而數(shù)據(jù)融合算法估計精度取決于系統(tǒng)的可觀性和可觀測度，研究緊組合導航系統(tǒng)的可觀性和可觀測度也就成為研究緊組合導航算法的一個關鍵問題。重點針對如何分析緊組合導航系統(tǒng)的可觀性和計算可觀測度，利用可觀測度的計算結果改變卡爾曼濾波校正量的權重，改變傳統(tǒng)緊組合導航系統(tǒng)的結構，以提升系統(tǒng)的精度和魯棒性。研究內容分成如下幾個部分：首先，對卡爾曼的濾波算法的基本原理進行了研究
5、，并分析了緊組合導航系統(tǒng)的結構，推導了緊組合導航系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程。針對卡爾曼濾波算法集中式和分布式兩種結構在緊組合導航系統(tǒng)中的應用進行了研究，分析了每種結構的優(yōu)缺點，通過分析提出了對緊組合導航系統(tǒng)做可觀性分析和可觀測度計算的必要性。然后，在緊組合導航系統(tǒng)滿足分段定常系統(tǒng)（Piece-WiseConstantSystem,PWCS）定理的基礎之上，對緊組合導航系統(tǒng)的可觀性和可測度計算方法進行了研究，重點針對基于奇異值分解（SingularValueDecomposition,SVD）法對緊組合導航系統(tǒng)的可觀測度計算方法進行研究，提出了使用S機動狀態(tài)下的奇異值作為緊組合導航
6、系統(tǒng)的可觀測度計算的外觀測量，并完成了對緊組合導航系統(tǒng)可觀測度的計算。再后，利用可觀測度計算結果，提出并設計了對卡爾曼濾波估計值進行加權的緊組合導航系統(tǒng)的結構方案；利用SINS的位置、速度的有效信息，設計了針對GPS/BDS雙系統(tǒng)中的衛(wèi)星快速選擇的算法，控制緊組合導航系統(tǒng)量測方程的維數(shù)，降低了系統(tǒng)的計算量。使用衛(wèi)星信號模擬器產生的飛行仿真數(shù)據(jù)，對提出的基于可觀測度計算的緊組合導航算法方案的性能進行了驗證。結果表明，其定位精度、定速和定姿精度優(yōu)于傳統(tǒng)結構的緊組合導航算法。最后，為了進一步驗證基于可觀測度計算的緊組合結構方案的有效性和精度，在完成測量單元（MEMSInertial
7、MeasurementUnit，MEMS-IMU）器件標定、誤差分析建模和桿臂效應補償工作的基礎之上，搭建了實際的緊組合導航系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺。實際車載數(shù)據(jù)的半物理仿真結果表明，基于可觀測度計算的緊組合導航系統(tǒng)方案在定位、定速和定姿方面的精度均優(yōu)于傳統(tǒng)緊組合導航算法。位置和速度的精度提升均大于10%，對姿態(tài)的精度提升大于7%。關鍵詞：緊組合導航；可觀性；可觀測度；分段定常系統(tǒng)；奇異值分解ABSTRACTTheMicro-ElctroMechanicalSystems(MEMS)StrapdownInert
