高空长航时无人机设计

《高空长航时无人机设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

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