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时间:2018-07-11
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1、摘要本论文以高空长航时无人机的具体需要为背景,以高精度自主导航系统为核心,重点研究GPS定位误差模型、联邦滤波算法,提出SINS/GPS/CNS组合导航系统的总体设计方案,对联邦滤波的信息分配原则、重构及滤波收敛等问题提出解决方案。最后通过构建半物理仿真系统,进行实时仿真分析,验证长时间、远距离应用背景下组合导航系统的精度和可靠性。主要工作包括以下几个部分:1.研究了捷联惯导系统的工作原理、基本算法以及惯性器件的误差模型,编写了捷联惯导仿真算法。仿真实验分为加入惯性器件误差与未加惯性器件误差两种情况,对比仿真结果,
2、表明惯性导航系统误差随时间累计而增大,导航精度远不能满足无人机长时间飞行的要求。2.采用时间序列方法对GPS实测数据进行分析,针对GPS误差序列的统计特性,对静态单点定位的位置误差和速度误差分别建立了模型。3.研究分析了联邦卡尔曼滤波器的算法和结构特点,提出了一种SINS/GPS/CNS组合导航系统的滤波方案,该方案既保证了容错能力,又兼顾到了导航精度。4.对SINS/GPS/CNS惯性组合导航系统的各分系统、子滤波器及主滤波器进行了数学建模与分析,并构造了半物理仿真系统进行实时仿真实验,结果表明采用联邦滤波的确是
3、提高导航精度的有效途径。关键字:捷联惯导系统,GPS导航系统,时间序列,联邦滤波,组合导航85AbstractBasedontherequirementofhighaccuracypositioningandreliabilityforintegratednavigationsystemusedonhighaltitudeandlong-flight-timeUnmannedAerialVehicle(UAV)andfocusedontheGPSpositionerrormodule,federatedKalman
4、filteralgorithm,thenaintegratednavigationsystemcombinedStrapdownInertialNavigationSystem(SINS),GlobalPositionSystem(GPS)andCelestialNavigationSystem(CNS)isproposedinthispaper.Andthesolutionofinformationdistributesprincipleandconvergenceinfederatedfilterandetc.
5、arealsoproposed.AtlasttheSINS/GPS/CNSintegratednavigationsystemissimulated.Thesimulationresultsshowthattheintegratednavigationsystemcanprovidesatisfactorynavigationprecise.Themainworkofthisdissertationhas4aspectsasfollow:Firstly,theStrapdownInertialNavigationS
6、ystem(SINS)workingprinciple,basicalgorithmanderrormodelofinertialcomponentsareresearched.ThesimulationexperimentismadebytheSINSsimulationprogram.Fromthecomparisonbetweensimulationresultwithoutinertialcomponentserrorandresultwithinertialcomponentserror,theSINSe
7、rroriscumulativeanditsprecisioncannotmeetthenavigationrequirementoflong-rangeUAV.Secondly,researchestheGPStestdatabytimeseriesanalysistheoryandproposedamoduleforGPSpositionandvelocityerror.Thirdly,researchesandanalyzesthealgorithmsandstructuralcharacteristicso
8、fthefederatedKalmanfilter,proposesaprojectofSINS/GPS/CNSintegrationnavigationsystem.Thisprojectcanguaranteethegoodfault-tolerance,andconsiderthehighprecision.Inthethirdpart,makesup
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