重力匹配辅助惯性导航系统算法研究

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1、重力匹配辅助惯性导航系统算法研究刘美琪2015年1月中图分类号：UDC分类号：重力匹配辅助惯性导航系统算法研究作者姓名刘美琪学院名称自动化学院指导教师邓志红教授答辩委员会主席张长泉教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonAlgorithmsofGravityAidedInertialNavigationSystemCandidateName:LiuMeiqiSchoolorDepartment:AutomationFacultyMentor:Pr

2、of.ZhihongDengChair,ThesisCommittee:Prof.ChangquanZhangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015摘要惯性导航系统是水下航行器导航定位的主要导航系统，惯性导航系统无源自主的特点能够保证航行器在水下良好的隐蔽性及自主性，满足航行器在水下长期

3、潜航的要求。但惯性导航系统存在误差随时间积累的缺点，在长时间工作后难以保证导航定位精度，因此需要其他导航方式对惯性导航进行辅助。重力场信息以其获取方法简单、获取途径无源自主等特点，广泛应用于辅助惯性导航系统。重力匹配是重力辅助惯性导航系统的核心环节。本论文针对重力匹配辅助惯性导航系统中传统的最近点迭代算法（ICCP算法）提取匹配点（惯性导航指示位置和其对应最近等值线点）时间较长从而影响匹配精度，以及惯性导航系统误差随时间积累两个问题开展研究。前一问题提出的主要方法是改变惯性导航指示轨迹点的提取结构，并逐步减小其

4、相应最近等值线点提取时的搜索范围，这两种方法均在于减小ICCP算法前数据采样的耗时，提高匹配速度和效率。对于惯性导航系统误差积累的问题，利用重力匹配结果，通过标准Kalman滤波算法对惯性导航系统的关键误差源进行估计，并进行误差的反馈修正补偿。仿真结果表明，改进的ICCP算法改善了原方法存在的缺陷，提高了匹配精度；基于匹配定位结果的惯性导航系统误差估计与补偿，提高了惯性导航系统长航时导航精度。本课题具体工作包括：1、在分析现有匹配算法的优缺点及其局限性的基础上，针对传统ICCP算法在匹配算法对初始序列点的提取时

5、间长的问题，提出采用单点采样代替序列采样的方法改善匹配算法初始采样序列的结构，减少匹配消耗的时间，提高匹配数据的准确性和实时性。2、针对匹配初始点对应的最近等值线点的提取耗时长且计算量大的问题，采取逐步减小采样点对应的最近等值线点的搜索范围的方法，减少匹配算法中提取数据的时间，降低了最近等值线点搜索的复杂度，提高了匹配效率。3、将重力匹配结果作为观测量，采用Kalman滤波对惯性导航系统的关键误差参数进行估计和补偿，修正惯性导航系统的误差，实验表明，经补偿后，惯性导航系统经度、纬度误差、方位位置误差比滤波之前明

6、显减小，表明了本文所提出的方法的有效性。I关键词：重力匹配；单点采样；最近点搜索；辅助导航IIAbstractInertialNavigationSystemisthemainnavigationsysteminunderwatervehicle.IndependentofthecharacteristicsofpassiveInertialNavigationSystemcanguaranteeaircraftunderwaterhiddenwellandautonomytomeetthelong-subme

7、rgedunderwateraircraftrequirements.However,InertialNavigationSystemerrorsaccumulateovertime.Afteralongworkit’shardtoensuretheaccuracyofnavigationpositioning.Navigationneedsotherwaysaidedinertialnavigationtohelp.Gravityfieldinformationacquisition’smethodissim

8、ple.It’sapassivewaytoobtainindependentcharacteristics,widelyusedinaidingInertialNavigationSystem.GravityisacorepartofthematchinggravityaidedInertialNavigationSystem.Inthisthesis,theextractionpoi