卡尔曼滤波在INSGPS组合导航中的应用研究

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1、中图分类号y丝墨：2UDC62l硕士学位论文学校代码!Q堇圣圣密级公珏卡尔曼滤波在INS／GPS组合导航中的应用研究TheStudyonApplicationofKalmaninINS／GPSIntegratedNavigation作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：谢木生机械工程机械电子工程机电工程学院王恒升教授论文答辩日期望堕查!!Z答辩委员会主席中南大学二。一三年五月原创性声明IYllllLllll绰llULLlllm22lLttlllUlm9ll即iLLttllllLq本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除论文中特

2、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作明确的说明。作者签名：鼗奎篁日期：丝蛆一年』月L日学位论文版权使用授权书本人解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。日期：型水厶≥日

3、摘要卡尔曼滤波在INS／GPS组合导航中的应用研究摘要：INS／GPS的组合导航能克服GPS在小范围内精度不高及在隧道、高楼林立下等环境中容易丢失信号的缺点，同时能利用GPS数据来修正INS系统在时间长精度变差的情况；此种组合导航极为广泛地应用到导弹、飞机、机器人导航、车辆自动驾驶等领域。因此研究INS／GPS的组合导航有着极为重要的工程应用价值与意义。本文对惯性导航计算过程进行详细的推导，对姿态矩阵的计算进行设计。在惯性导航的仿真中建立起加速度计与陀螺仪的模型，根据惯性导航计算编写出惯性导航程序，并且利用大圆导航方法设计出载体的飞行路径，设定好载体运行的姿态角变化情况，通过惯性导航计算出位

4、置、速度、姿态信息与仿真给定的信息比较来验证所编写的惯性导航程序的正确性与计算精度。建立惯性导航系统的位置、速度、姿态误差模型。考虑到姿态误差角的大小，建立起在姿态角误差较小情况下的线性化误差模型；同时也建立起地向姿态角较大其他两个姿态角较小情况下的误差模型。并对惯性导航系统的初始对准进行研究，结合实验中的GPS信号数据利用卡尔曼滤波器进行精对准研究。研究卡尔曼滤波在INS／GPS组合导航中的应用，对线性离散卡尔曼滤波器进行推导；研究了自适应卡尔曼滤波并提出改进的基于新息协方差的渐消卡尔曼滤波。利用星网宇达公司的型号为XW-ADU7612的姿态方位组合导航系统在中南大学新校区进行跑车实验。对

5、推导的线性误差模型利用卡尔曼滤波对INS／GPS组合导航进行数据处理，其中对GPS信号丢失50秒的情况也进行深入的研究。研究无迹卡尔曼滤波器，在其中主要推导采样过程及计算过程，并对系统误差模型为非线性的情况利用UKF滤波器进行滤波计算。关键词：惯性导航；系统误差模型；组合导航；卡尔曼滤波；无迹卡尔曼滤波分类号：V448．2中南大学硕士学位论文TheStudyonApplicationofKalmaninINS／GPSIntegratedNavigationABSTRACT：INS／(讲SintegratednavigationcanovercometheshortagesofGPSsucha

6、sthelowprecisioninsmallrangeandeasilylostsignalintunnelandunderhighbuilding．AnditCanuseGPSdatatocorrecttheaccuracydiminishofINSwhenrunningforalongtime．TheINS／(狰Sintegratednavigationhadextremelywiderangeofapplications，suchasmissiles，aircraft，robotnavigation，vehicleautopilotandotherfields．Therefore．t

7、heresearchofINS／(jPSintegratednavigationhadaveryimportantvalueandsignificanceofengineeringapplications．Inthispaper,Inertialnavigationcalculationprocesswasderivedindetail，attitudematrixwascalculated．Accelero