基于CKF的北斗_SINS紧组合导航算法研究

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1、分类号：学校代码：10128UDC：学号：20151100311硕士学位论文学生类别:全日制硕士研究生论文题目:基于CKF的北斗/SINS紧组合导航算法研究英文题目:ResearchonCKFBeidou/SINSTightCoupledNavigationAlgorithm学生姓名：高健学科名称：控制科学与工程导师姓名：张丽杰教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文I内蒙古工业大学硕士学位论文摘要伴随着现代导航技术快速发展，导航系统的种类越来越多，但任何一种导航系统单独使用时，都会存在一定不足，而采用组合导航技术可提高导航系统的整体性能及可靠性。北斗卫星导航

2、系统是我国自主研发的卫星导航系统，随着其投入使用和不断完善，开展相关应用基础研究对于推动北斗卫星导航系统的发展有重要意义。本文针对北斗卫星导航系统和捷联惯性导航系统（SINS）的紧组合导航方法展开研究，并采用容积卡尔曼滤波（CKF)实现数据融合。首先，研究了捷联惯性导航系统的工作原理、北斗卫星导航系统的定位原理、以及两种导航系统误差方程的推导过程。其次，设计了北斗/SINS紧组合导航方案。该方案在紧组合框架下，采用CKF滤波对两种系统的数据进行融合，并通过选星算法保证算法精度。同时，为了完成该方案的算法仿真工作，研究了北斗/SINS紧组合导航系统数学模型的推导过程

3、和CKF的基本原理。第三，采用ADIS16405微惯性测量单元、CNS200北斗卫星导航板和PC机搭建北斗/SINS紧组合导航实验平台。设计实现了CNS200北斗卫星导航板的数据采集及解析软件，该软件可提供卫星的位置、伪距和伪距率等数据。第四，基于北斗/SINS紧组合导航设计方案，在MATLAB中编写了北斗/SINS紧组合导航算法仿真程序，包括SINS解算程序、选星程序、基于CKF的北斗/SINS紧组合数据融合算法程序。为了验证编写的各程序模块是否正确和设计方案是否合理，本文做了三个方面的实验：（1）利用CNS200数据采集及解析软件采集的卫星原始数据验证选星程序

4、；（2）通过转台上的静态实验和动态实验验证了SINS解算程序；（3）通过动态跑车实验验证了本文提出的紧组合导航算法的性能。实验结果表明，在选星的前提下，将CKF算法应用于北斗/SINS紧组合导航中，不但能很好的解决了单独使用惯性导航系统进行长时间导航而导致的发散问题，而且可得到较高精度的导航参数。本文的研究结果为后续实现北斗/SINS紧组合导航系统提供了理论和实践基础。关键词：捷联惯性导航系统；北斗卫星导航系统；紧组合；容积卡尔曼滤波II内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofmodernnavigationte

5、chnology,navigationsystemsarebecomingvaried.Integratednavigationtechnologycanresolvetheproblemoflowerperformanceandliabilitywhensinglenavigationsystemisused.BeiDouNavigationSatelliteSystem(BDS)isdevelopedbyourcountry.ItisimportantforthepromotionofBDSwithmoreapplicationandbasicstudiesi

6、nBDS.Inthispaper,thewriterresearchesonthetightlyintegratednavigationmethodofBDS/StrapdownInertialNavigationSystem(SINS)andCubatureKalmanFilters(CKF)torealizedatafusion.Firstly,thepaperstudiestheworkingprincipleofSINS,thepositioningprincipleofBDSandthederivationprocessoferrorequations.

7、Secondly,thepaperdesignsaBDS/SINStightintegrationscheme,inwhich,CKFisadoptedtorealizedatafusionandalgorithmofsatelliteselectionisusedtoguaranteeprecision.Meanwhile,thederivationprocessofthemathematicalmodeloftheBDS/SINStightintegrationschemeandtheprincipleofCKFarestudiedinthispaper.Th

8、irdly