gpssins组合导航技术研究及工程实现

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1、南京理工大学硕士学位论文GPS/SINS组合导航技术研究及工程实现姓名：王永明申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈庆伟20040301硕士论文GI，S／SINS纽台导航技术研究及工程实现摘要本文对捷联惯性导航(SINS)系统和全球定位导航系统(GPS)进行了认真地分析，对SINS／GPS组合导航技术进行r深入的研究。针对组合导航中的滤波技术，本文在工程背景下，深入研究了位置、速度组合的卡尔曼滤波算法，并完成算法实现。本文对滤波算法的工程实现做了详细说明，对多种组合导航滤波算法进行了认真地分析和比较。工程实验结果表明，GPS

2、／SINS组合导航的精度相对纯捷联系统有了显著提高，关键词：捷联惯性导航，GPS，组合导航，卡尔曼滤波算法堡兰造塞!!!!!!塑塑鱼量塑垫查型窒墨三塑壅堡ABSTRACTThispaperpresentsdeepresearchoftheStrap-downInertialNavigationSystem(SINS)andtheGlobalPositioningSystem(GPS)separately,andthendiscussestheGPS／SINSIntegratedNavigationSystem．Duetoitsfeasibi

3、lityandconvenience，Position-VelocityIntegratedKalmanFilerisselectedasthefilteralgorithmusedintheprojectandsuccessfullyimplemented．Inaddition，thispaperdescribestheimplementationoftheKalmanFilterindetails．TheresultindicatesthattheIntegratedsystemhaslargelyimprovedthenavigati

4、onprecision，comparedwithsoleSINS．Keywords：SINS，GPS，IntegratedNavigation，KalmanFilter硕士论文GPS／SINS组合导航技术研究及工程实现1绪论1．1导航技术的发展过程导航洲avigation)是引导载体到达目的地的过程，随着应用范围的不同，有航空导航、航海导航、陆地导航等之区分，按导航方式的不同则可以分为天文导航，无线电导航，惯性导航，GPS导航等。以航空导航为例，确定飞机的位置并引导其按预定航线航行的整套设备(包括飞机上的和地面上的设备)称为飞机的导航系统¨

5、l。早期飞机主要靠目视导航。二十世纪20年代开始发展仪表导航。飞机上有了简单的仪表，靠人工计算得出飞机当时的位置。30年代出现无线电导航，首先使用的是中波四航道无线电信标和无线电罗盘。40年代开始研制超短波的伏尔导航系统。50年代初惯性导航系统用于飞机导航。50年代末出现多普勒导航系统。60年代开始使用远程无线电罗兰c导航系统，作用距离2，000公里。同时还研制出塔康导航系统，及超远程的奥米加导航，作用距离已达10，000公里。1963年出现卫星导航，70年代以后发展为全球定位导航系统。在此过程中，为发挥不同导航系统的特点，出现了组合导航系

6、统12J。1．2捷联式惯性导航系统50年代出现的惯性导航系统，其原理是依据牛顿惯性原理，利用陀螺、加速度计等惯性敏感元件及初始位置来确定载体的位置、姿态和速度。工作的时候通过精确测量载体的旋转运动角速率和直线运动加速度信息，然后送至数字计算机中依赖于数学积分技术进行计算，得出导航数据。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，既不依赖外界任何信息，也不向外界辐射能量，能够独立完成导航任务，在军事上得到了一种绝对保密且不受于扰的导航系统。由于它的完全自主性，已广泛用于航天，航空，航海和许多民用领域，成为

7、目前各种航行体上应用的一种主要导航设备，能够提供姿态及多种导航信息。按惯性测量装置在载体上的安装方式，惯性导航系统可分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。平台式惯导系统是将惯性测量装置安装在惯性平台的台体上，根据建立坐标系的不同，又分为空间稳定和当地水平惯性导航系统两种，空间稳定平台惯性导航系统的惯性平台相对惯性空间稳定，用以建立惯性坐标系。地球自转、重力加速度等影响由计算机加以补偿。这种系统多用于运载火箭的主动段和～些航天器上，当地第1页里主堡塞．!!!堡!竺塑鱼量堕垫查塑塞垦三望塞堡水平平台式惯性导航系统的特点是台体上的两个加速度

8、计输入轴所构成的基准平面能够始终跟踪载体所在点的水平面(利用加速度计和陀螺仪组成的舒拉回路保证)，因此加速度计不受重力加速度的影响。这种系统多用于沿地球表面运动的飞行器，如飞机、