一种GNSS与SINS组合导航算法研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）一种GNSS与SINS组合导航算法研究邱文添二○一八年六月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111503017广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）一种GNSS与SINS组合导航算法研究邱文添指导教师姓名、职称：王峰教授学科(专业)或领域名称：信息与通信工程学生所属学院：信息工程学院论文答辩日期：二〇一八年六月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（MasterofEngineeringScience）Res

2、earchonaGNSS/SINSIntegratedNavigationAlgorithmCandidate:QiuWentianSupervisor:Prof.EverettWangJune2018SchoolofInformationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要在组合导航技术领域中全球卫星定位导航系统与惯性导航系统的组合导航系统是比较受人们关注的技术之一。全球卫星导航定位系统与惯性导航系统各自具有的优点起到了很好的互补作用，将两

3、者各自的优势相融合，对导航系统的输出频率、定位精度及可靠性等多方面性能的提升均十分明显。此外，由于捷联式惯性导航各方面的优势及相关技术的发展，使其倍受人们青睐。因此研究卫星导航与捷联式惯性导航组合导航系统具有极为重要的意义。首先，对现有基于四元数的卫星导航与捷联式惯性导航组合导航系统的基本算法进行推导。系统中所使用的信息融合算法是扩展卡尔曼滤波，系统状态量选用的是载体的位置和速度的误差、表示姿态误差的四元数以及惯性传感器的零偏，测量值选用的是惯性导航子系统与卫星导航子系统各自输出的速度与位置的残差。在经过扩展卡尔曼滤波融合得到相应的误差校正参数后，将误差校正参数反馈给

4、惯性导航子系统进行误差校正。由于四元数算法运算速度快，也没有欧拉角的奇点问题，大部分导航算法使用四元数来表示载体的姿态角。但系统中各项误差的存在，在扩展卡尔曼滤波进行测量更新时，会破坏表示刚体旋转的四元数的规范性，因而在实施误差反馈操作前必须对四元数进行规范化计算。为此本文提出了一种新颖的方法来保持四元数规范性，即利用表示刚体旋转的四元数范数为一的特性将其中一个元给消去，只使用四元数中的三个数，并利用该方法重新推导了现有的基于四元数的卫星导航与捷联式惯性导航组合导航算法。该算法使得系统中进行信息融合的系统状态量减少了一维，降低了算法的运算量。此外，本文还提出了一种使用

5、线性神经网络来估计加速度计误差模型的参数的方法来解决加速度计模型参数未标定或标定不准确的问题。该方法对卫星导航与捷联惯导组合导航系统的输出进行与惯导解算过程相反的逆运算得到一组更为接近真实值的加速度，并将计算得到的数据作为线性神经网络输入样本，将加速度计输出作为期望值对线性神经网络进行训练。经过训练后的线性神经网络输出的权值矩阵即为所需要的模型参数。最后，对重新推导得到的组合导航算法和使用线性神经网络来估计加速度计误I广东工业大学硕士学位论文差模型的参数的方法进行仿真验证。实验结果表明，所推导的组合导航算法的定位精度与现有的基于四元数的组合导航算法的定位结果基本一致但

6、运算量比较少，该算法确实有效；使用线性神经网络来估计加速度计误差模型的参数这一方法确实有效，能够准确的估计出加速度计误差模型的参数。关键词：组合导航；惯性导航；卫星导航；线性神经网络；四元数；消元IIAbstractAbstractInthefieldofintegratednavigationtechnology,theintegratednavigationsystemthatcombinesthesatellitenavigationsystemwiththestrapdowninertialnavigationsystemisoneofthetechnolog

7、iesthatpeoplepaymoreattentionto.Theadvantagesofboththeglobalsatellitenavigationandpositioningsystemandtheinertialnavigationsystemhaveplayedaverygoodcomplementaryrole.Combiningtherespectiveadvantagesofthetwosystemscanimprovetheperformanceofthenavigationsystemsuchasoutputfrequenc