井下捷联惯导定位系统初始对准滤波应用研究

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1、硕士学位论文井下捷联惯导定位系统初始对准滤波应用研究ApplicationResearchonInitialAlignmentFilterTechniqueofUndergroundSINSandPositioningSystem作者：王存导师：刘晓文教授中国矿业大学二○一五年六月学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学

2、位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号TP301学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文井下捷联惯导定位系统初始对准滤波应用研究ApplicationResearchonInitialAlignmentFilter

3、TechniqueofUndergroundSINSandPositioningSystem作者王存导师刘晓文教授申请学位工学硕士学位培养单位信息与电气工程学院学科专业信息与通信工程研究方向信息处理、惯性导航答辩委员会主席丁恩杰评阅人二○一五年六月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢值此论文完成之

4、际，回顾攻读硕士学位这三年忙碌而充实的时光，我由衷感谢在我求学过程中支持和帮助过我的老师、同学、家人以及朋友们！衷心感谢导师刘晓文教授，论文的完成离不开刘老师耐心细致、精心的指导。其严谨求实的治学态度，为人师表的高尚风格，对事业的执着追求，让我受益匪浅，在论文的各阶段，从论文的选题、论文的内容组织、总体结构到审阅和最终定稿，刘老师给了我悉心的指导和大力支持。三年的硕士生涯，导师孜孜不倦的教诲、殷切的期望和辛勤的汗水浸润着我不断成长，必将激励我再接再厉不断前进。衷心感谢丁恩杰教授、王刚老师、赵小虎老师，在我科研路途中遇到难题时，

5、他们总是鼓励我大胆尝试、突破常规；他们深厚的理论功底、开阔的学术视野、开放的学术态度及活跃而敏锐的学术思维使我深受启迪；在生活中他们也总是及时给予帮助，在此一并表示感谢。感谢课题组葛欣副教授，蒋龙娇师姐、叶雷师兄以及和我并肩作战的王龙同学，与他们工作、学习和生活是我一生的幸运。感谢所有支持、关心和帮助过我的人。特别感谢我的父母和家人，谢谢你们对我无私的关怀和支持，谢谢你们。最后，感谢所有关心帮助过我的朋友们，谢谢你们的一路支持。摘要煤炭能源在我国占有举足轻重的地位，但煤矿井下的安全条件相对薄弱。针对现有井下定位系统并不能实时准

6、确地向求援人员提供位置信息以及运行轨迹，在发生重大事故时往往致使救援人员错失最佳救援时机。鉴于此，对井下定位系统进行改善已经迫在眉睫。具有自主导航功能的捷联惯性导航系统能够不受井下复杂环境的干扰，提高人员或设备导航数据的精度。因此为了改善定位质量本文将捷联惯性导航系统引入煤矿井下。初始对准精度的高低对捷联惯性导航系统的定位精度具有举足轻重的影响。故本文重点研究设计一种合理的适用于煤矿井下复杂环境的初始对准滤波算法，在减少计算量与滤波发散的同时最大限度地提高初始对准的精度，保证定位的准确性。结合煤矿井下的具体应用环境，通过对传统

7、线性卡尔曼滤波以及EKF(ExtendedKalmanFilter)算法等几种应用于捷联式惯性导航系统初始对准滤波算法的研究、分析和比较，得出的运用适应性更强的非线性滤波UKF(UnscentedKalmanFilter)算法能够使得滤波精度更高，收敛速度更快。针对煤矿井下噪声的非高斯分布、位置随机误差以及外部干扰等不确定因素，对UKF进行优化改进，并且在引入闭环滤波系统，降低算法计算量的同时，减少了滤波的发散，提高了系统的实时性。本文通过对初始对准滤波算法和捷联式惯性导航系统误差的优化和相互融合，完成捷联惯性导航系统初始对准

8、数据的精准校正。在论文中对传统线性卡尔曼滤波、EKF和优化改进的UKF进行仿真对比，验证了优化改进的UKF算法在非线性条件下的实用性以及初始对准精度的提高。该论文有图17幅，表4个，参考文献61篇。关键词：捷联惯性导航；初始对准；误差矩阵；滤波算法；改进UKF；IAbstra