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初始对准对于提高捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)长航时自主导航能力意义重大,是SINS进入导航工作状态前必须完成的一项初始化工作。随着计算机与信息融合技术的发展,SINS/GNSS组合对准逐渐成为初始对准的重要研究方向之一,SINS/GNSS组合对准作为一种精对准方法,相对于粗对准,不仅能提高初始对准的精度,而且能提高系统的可靠性。本文重点研究SINS/GNSS组合对准中的信息融合问题,分别对理想条件与非理想条件予以阐述说明,并展开针对性的研究,通过理论与仿真相结合的方法对性能进行验证。
针对粗对准精度差及运动状态下无法实现初始对准的问题,分析SINS解算原理并推导SINS误差方程,研究SINS/GNSS组合对准算法,采用GNSS解算导航信息与SINS解算导航信息构建量测方程,联立误差方程与量测方程建立SINS/GNSS组合对准系统数学模型,分析理想情况下的卡尔曼滤波原理,利用卡尔曼滤波完成SINS/GNSS组合对准信息融合,并验证性能。
针对量测信息受到干扰而不理想造成系统鲁棒性变差、对准精度降低的问题,分析GNSS测量受到干扰后的误差特性及对组合对准的影响,结合滤波稳定性准则,设计SINS/GNSS组合对准H∞滤波器,通过仿真对SINS/GNSS组合对准性能进行验证,与卡尔曼滤波效果相对比。
针对系统噪声不确定性影响滤波精度问题,分析产生系统噪声不确定性的原因,详细研究Sage-Husa自适应滤波算法,结合Sage-Husa自适应滤波中噪声实时匹配算法,与H∞滤波方程融合构建SHAH滤波器,并通过SINS/GNSS组合对准实验对比SHAH滤波器与H∞滤波器性能。
本课题研究内容综合考虑SINS/GNSS组合对准过程中存在的实际问题,设计SINS/GNSS动基座组合对准方案,并对实现细节予以详细说明,针对SINS/GNSS动基座组合对准的信息融合算法开展深入研究,详细分析内外干扰因素,通过设计滤波算法,以提升组合对准系统鲁棒性与组合对准的精度,未来十分具有工程价值。
针对粗对准精度差及运动状态下无法实现初始对准的问题,分析SINS解算原理并推导SINS误差方程,研究SINS/GNSS组合对准算法,采用GNSS解算导航信息与SINS解算导航信息构建量测方程,联立误差方程与量测方程建立SINS/GNSS组合对准系统数学模型,分析理想情况下的卡尔曼滤波原理,利用卡尔曼滤波完成SINS/GNSS组合对准信息融合,并验证性能。
针对量测信息受到干扰而不理想造成系统鲁棒性变差、对准精度降低的问题,分析GNSS测量受到干扰后的误差特性及对组合对准的影响,结合滤波稳定性准则,设计SINS/GNSS组合对准H∞滤波器,通过仿真对SINS/GNSS组合对准性能进行验证,与卡尔曼滤波效果相对比。
针对系统噪声不确定性影响滤波精度问题,分析产生系统噪声不确定性的原因,详细研究Sage-Husa自适应滤波算法,结合Sage-Husa自适应滤波中噪声实时匹配算法,与H∞滤波方程融合构建SHAH滤波器,并通过SINS/GNSS组合对准实验对比SHAH滤波器与H∞滤波器性能。
本课题研究内容综合考虑SINS/GNSS组合对准过程中存在的实际问题,设计SINS/GNSS动基座组合对准方案,并对实现细节予以详细说明,针对SINS/GNSS动基座组合对准的信息融合算法开展深入研究,详细分析内外干扰因素,通过设计滤波算法,以提升组合对准系统鲁棒性与组合对准的精度,未来十分具有工程价值。