智能容错组合导航系统的设计与研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要利用捷联惯导(SINS)、GPS定位系统和多普勒计程仪(DVL)进行组合导航是水下运载器导航定位的有效方式。本文主要研究以卡尔曼滤波算法为核心的SINS／GPS／DVL组合导航以及故障检测。本文建立两个传统卡尔曼滤波器分别对运载器的位置信息和速度信息进行卡尔曼估计。由于传统卡尔曼滤波算法模型建立的近似性，本文讨论了自适应滤波算法和BP神经网络理论，它们是对传统卡尔曼滤波算法的改进和突破。为了保证观测数据的可靠性，在卡尔曼滤波过程中需要进行故障检测、隔离和系统重构等容错手段，其中故障检测是重点。最后，本文以智能容错组合

2、导航仿真系统软件对卡尔曼滤波算法和智能容错理论进行了验证。关键词：卡尔曼滤波：自适应滤波；BP神经网络；故障检测哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTItisalle丘jctiVewayinintegratednavigationbyusingStrapdownInertialNavigationSystem(SINS)，GPSandDopplerVelocityLog(DVL)．ThispaperstudiesSINS／GPS／DVLintegratednavigationwhoseemphasesisKalmanFilter,andfal

3、luredatection．ThispaperpreparestwotraditionalKalmanfilterwhichestimatetheposkionandvelocityofvehicle．Duetothemodel’SinexactitudeoftraditionalKalmanfilter,wediscussadaptivefilteringandBPneuralnetworkwhicharetheimprovementoftraditionalKalmanfilter．Fortheassuranceofobservational

4、data’Sdependability,wemustdetectandisolatethefailureduringtheprocessofKalmanfilter,andfailuredetectionistheemphase．Atlast，thepapervalidatesthetheoryofKalmanfilterandfaulttolerancebythesoftofautomaticfailuredetectionintegratednavigation．Keywords：KalmanfiRer；adaptivefilter；BPne

5、uralnetwork；failuredetection；II哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学硕士学位论文1．1概述第1章绪论随着科学技术的发展，可资利用的导航信息源越来越多，导航系统的种

6、类也越来越多，比如捷联惯性导航系统(SINS)、GPS导航系统、多普勒导航系统、罗兰C导航系统等。这些导航系统有着各自的优缺点，在单独使用的情况下很难满足导航性能要求，因此常采用组合导航方式进行工作。组合导航一种数据融合的过程，它利用两种或两种以上的菲相似导航系统对同一导航信息作测量并解算以形成量测量，从这些量测量中计算出各导航系统的误差并校正之。实现组合导航有两种基本方法：1．回路反馈法。即采用经典的回路控制方法，抑制系统误差，并使各子系统间实现性能互补。第二次世界大战期间，英国为解决海上巡逻机长时间连续飞行的导航精度问题，率先研究了该型系统。

7、2．最优估计法。即采用卡尔曼滤波方法，在保证概率统计量为最优的条件下估计出系统误差并消除之。这两种方法都能使各予系统内的信息互相渗透，有机结合，起到性能互补的功效。但由于各予系统的误差源和量测误差都是随机的，不能严格地使用时间函数来描述，所以第二种方法要优于第一种方法。组合导航系统一般具有以下几种功能：1．协合超越功能。组合导航系统能充分利用各子系统的导航信息，形成单个子系统不具备的功能和精度。2。互补功能。由于综合利用了各子系统的信息，所以组合导航系统能取长补短。3．余度功能。各子系统感测同一信息源，使测量值冗余，提高整个系统的可靠性。在组合导

8、航系统工作时，子系统可能会出现某些故障。为了保证导航精度和工作的可靠性，设计的组合导航系统应该具有一定的智能容错能力，即哈尔滨工程大学硕