gpssins紧组合导航系统中若干问题的研究

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1、GPS/SINS紧组合导航系统中若干问题的研究陈敬敬2015年12月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540GPS/SINS紧组合导航系统中若干问题的研究作者姓名陈敬敬学院名称自动化学院指导教师缪玲娟教授答辩委员会主席汪渤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2016年1月OnInvestigationofGPS/SINSTightlyIntegratedNavigationSystemCandidateName：JingjingChenSchoolorDepartm

2、ent:SchoolofAutomationFacultyMentor:Prof.LingjuanMiaoChair,ThesisCommittee：Prof.BoWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工

3、作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)可长时间、高精度的进行导航定位，且定位误差不随时间累积，但是卫星信号容易受到高大建筑物等物体的遮挡，存在多路径效应，抗干扰能力差。捷

4、联式惯性导航系统（Strap-downInertialNavigationSystem，SINS）工作时不需要外部系统的辅助，不受外界环境的影响，是一种自主式导航系统，但是定位误差随时间累积，不适合长时间独立工作。由于GPS与SINS两系统具有完美的互补关系，因此将两者结合，得到性能优于两个子系统的组合导航系统。本文对GPS/SINS紧组合导航系统中存在的若干问题进行分析，提出相应的改进方法，以提升紧组合导航系统的定位效果。首先，本文分别介绍了GPS和SINS，研究了GPS与SINS的组合方式，尤其是紧组合导航系

5、统，建立了紧组合导航系统的数学模型。研究Kalman线性滤波系统和非线性滤波系统，并且针对GPS/SINS紧组合导航系统的模型特性，选择扩展卡尔曼滤波(EKF)作为组合导航系统的滤波器。接着，本文分析了GPS现有的选星算法，对比分析这些方法的选星效率和定位精度。在最大四面体体积选星算法的基础上加以改进，利用SINS对GPS的辅助，提出一种新的选星算法降低选星计算量，提升星座选择的效率。对组合导航系统中的滤波器进行设计，针对不同的卫星个数进行仿真，验证了GPS/SINS紧组合导航系统在观测到的卫星个数少于4时，仍然

6、可以正常工作。最后，本文重点研究了在GPS/SINS紧组合导航系统中，当两子系统进行数据融合时出现时间延迟，讨论了现有时间延迟补偿的软件与硬件改进方法。推导紧组合导航系统存在时间延迟时的数学模型，提出新的时间延迟补偿算法，将时间延迟误差量扩展到滤波器状态量中，并使用两种观测方法进行对比，一种方法的观测量是取两系统的伪距差，另一种方法的观测量是两系统的伪距差和伪距率差。对提出的时间补偿方法进行仿真验证，通过对仿真结果的分析，可以验证本文提出方法的可行性。关键词：GPS/SINS紧组合导航系统；选星算法；时间延迟误差

7、；EKFI北京理工大学硕士学位论文AbstractGlobalPositioningSystem(GPS)provideshighaccuracyofpositioningoutputlongterm,itserrordoesnotdivergeovertime,butthesatellitesignaliseasilyattenuated,multipatheffcetshassignificantinfluenceonGPSundercomplexenvironment,andthuslimitsthenav

8、igationprecision.Strap-downInertialNavigationSystem(SINS)haveadvantagessuchasbeingindependentofexternalinformationanditcanworkinanyenvironment.ButtheerrorofSINSwilldivergeovertimeandcanno