基于非线性模型的组合导航滤波算法.研究

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1、上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：周媛媛日期：2008年1月18日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论

2、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：周媛媛指导教师签名：鲍其莲日期：2008年1月18日日期：2008年1月上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1引言1.1.1导航系统的发展与现状导航就是正确地引导机动载体沿着预定的航线在规定的时间内到达目的地，用来完成上述引导任务的设备称为导航系统。随着科学技术的发展，导航渐渐发展成为一门专门研究导航原理方法和导航技术装置的学科。在舰船、飞机、导弹、

3、宇宙飞行器等航行体上，导航系统是必不可少的重要设备。按照近代科技术语，导航的主要工作就是定位、定向、授时和测速。由于能够测得导航参数、完成导航任务的物理原理和技术方法很多，因此，随后便出现了各种类型的导航系统，从上个世纪20年代的仪表导航开始，已先后出现了无线电定位系统、惯性导航系统、多普勒导航系统和卫星定位系统，[1][2]它们的出现使导航进入了一个全新的时代。上世纪30年代，出现了无线电导航，首先使用的是无线电信标和无线电罗盘。40年代初开始研制伏尔导航系统(VOR)。50年代初惯性导航系统被用于飞机导航。50年代末出现了多普勒导航系统。60年代开始使

4、用远程无线电罗兰C(Loranc)，同时还研制出塔康导航系统(TACAN)，以及奥米加导航系统(Omega)。1963年出现了卫星导航系统，以后发展出了全球定位系统(GPS,GlobalPositioningSystem)和卫星导航系统（GLONASS）系统。1.1.2惯性导航系统惯性导航是上个世纪初发展起来的，它是以牛顿经典运动力学定律为基础，是一种利用惯性测量元件（IMU,InertialMeasurementUnit）、基准方向及最[3][4]初位置信息来确定运载体姿态、速度和位置的自主式推算导航方法。用来实现惯性导航的一系列软硬件设备组成的系统称为

5、惯性导航系统（INS,InertialNavigationSystem），简称惯导系统。1上海交通大学硕士学位论文第一章绪论惯性导航系统分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统（SINS,StrapdownInertialNavigationSystem）两类。平台式惯导使用惯导平台来模拟导航坐标系，而捷联式惯导将加速度计和陀螺仪直接固连在载体上，惯导平台的功能直接由计算机来完成。这不仅使系统的设计极大简化，成本大幅降低，而且还具有以下优点：第一，易于安装和维护；第二，能够提供更多的导航和制导信息；第三，惯性仪表便于采用余度配置，有利于提高系统的可靠性。惯性导航

6、系统的优点是：（1）自主性强，它可以不依赖任何外界系统的支持，单独进行导航。（2）不受环境、载体机动和无线电干扰的影响，可连续输出包括基准在内的全部导航参数，实时导航数据更新率高。（3）具备很好的短期精度和稳定性。因为这些优点，惯性导航系统在航空、航天、航海和许多民用领域都得到了广泛的应用，成为目前各种航行体上应用的一种主要导航设备。但其主要缺点是导航定位误差随时间增长，因而难以长时间独立工作。解决这一问题的途径有两个，一个是提高惯导系统本身的精度，另一个是采用综合导航技术。提高惯导系统的精度，主要依靠采用新材料、新工艺、新技术，提高惯性器件的精度，或是研

7、制新型高精度的惯性器件。实践已经证明，这些要花费很大的人力财力，且惯性器件精度的提高是有限的，而综合导航主要是通过软件技术来提高导航精度。实践也证明，这是一种很有效的方法，因而综合导航技术是目前导航技术发展的主要方向。1.1.3卫星导航系统卫星导航是天文导航与无线电导航的结合物，是继惯性导航以后导航技术的[5]又一重大进展。在卫星导航中，用户通过测定其相对于卫星的位置来确定自己的位置。属于卫星导航系统的有第一代卫星导航系统子午仪；1978年由法国国家空间研究中心、美国宇航局(NASA)和美国国家和海洋及大气监督局发展起来的多普勒卫星系统(ARGOS)；19

8、85年由欧洲空间局(ESA)开发的多用途卫星定位系统(NAVSAT