2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、地理定位系統(tǒng)是運(yùn)用GPS(Global Positioning System)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(InertialNavigation System,INS)、攝影測量等各種技術(shù)手段,自動連續(xù)獲取載體在地球空間的地理位置以及時間、速度、姿態(tài)等信息,可廣泛應(yīng)用于陸基與航空測繪、遙感測量、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、運(yùn)載體制導(dǎo)等場合。在現(xiàn)代大地測量中,由于人們對地球空間信息的需求越來越多,傳統(tǒng)的獲取地球空間信息手段不能滿足龐大的數(shù)據(jù)采集需求和日新月異的更新速度,

2、而基于地理定位系統(tǒng)的移動測圖系統(tǒng)(Mobile Mapping System,MMS)通過安裝在移動載體上的多傳感器組合,可連續(xù)采集地球空間信息,并由地理定位系統(tǒng)為數(shù)據(jù)提供時間、位置和姿態(tài)信息,并最終轉(zhuǎn)換為各種空間信息產(chǎn)品所需的數(shù)據(jù)格式。由于其高效率、高精度且較低的費(fèi)用,移動測圖日益成為現(xiàn)代測繪工作的重要工具。未爆炸彈(Unexplored Ordnance,UXO)的檢測是一種特殊的移動測圖應(yīng)用,由地理定位系統(tǒng)及UXO探測傳感器共同生

3、成磁場圖像,并通過一定的算法實(shí)現(xiàn)對UXO的識別。
   本文以MMS和UXO檢測等陸基地理定位應(yīng)用為背景,研究基于差分GPS、中高精度IMU(Inertial Measurement Unit)、高精度激光測距(Ranging)的多傳感器組合地理定位系統(tǒng),設(shè)計其硬件平臺,在對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航、差分載波相位GPS定位、IMU隨機(jī)誤差以及GPS/INS/Ranging組合算法研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)其應(yīng)用軟件,并通過大量實(shí)驗數(shù)據(jù),詳細(xì)討論GP

4、S/INS/Ranging組合地理定位系統(tǒng)在各種環(huán)境下的精度特性。
   本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)按照在文中出現(xiàn)的順序可以歸納為以下五個方面:
   1.INS捷聯(lián)慣性導(dǎo)航與GPS定位:介紹了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航方程的一般形式,在此基礎(chǔ)上詳細(xì)討論了捷聯(lián)INS在地固系和導(dǎo)航系的導(dǎo)航算法,包括四元素法計算坐標(biāo)變換矩陣、比力的坐標(biāo)系變換以及積分計算位置,分析了兩種坐標(biāo)系導(dǎo)航計算的優(yōu)缺點(diǎn);討論了INS的初始對準(zhǔn)問題和誤差的可觀測性問題

5、;GPS方面,介紹了GPS觀測量,討論了基于碼偽距和載波相位的單點(diǎn)、單差和雙差定位方法,介紹了模糊度問題;針對MMS和UXO定位對實(shí)時性要求不高的特點(diǎn),使用載波相位雙差模型,并以LAMDA方法作為實(shí)際模糊度動態(tài)解算算法(On-The-Fly,OTF)。
   2.OPS/INS/Ranging組合算法:從貝葉斯估計理論出發(fā),介紹GPS/INS組合系統(tǒng)濾波估計技術(shù)—離散卡爾曼濾波器,在此基礎(chǔ)上,針對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的連續(xù)性和非線性,討

6、論了連續(xù)線性動態(tài)系統(tǒng)的離散化以及非線性系統(tǒng)的線性化問題;在地固系和導(dǎo)航系慣性導(dǎo)航原理的基礎(chǔ)上,討論了不同計算坐標(biāo)系下的INS誤差傳播特性,構(gòu)建了21階卡爾曼濾波器誤差狀態(tài)方程;介紹了GPS/INS四種組合方式,詳細(xì)討論了松組合、碼偽距緊組合和載波相位緊組合,并給出了各組合方式下的卡爾曼濾波器觀測方程;在激光測距圖像特征提取與匹配的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了測距信息輔助INS的卡爾曼濾波方程,提出了激光掃描儀位置偏差與視軸偏角的校正方法。
  

7、 3.多傳感器組合地理定位系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計及軟件開發(fā):設(shè)計GPS/INS/Ranging組合地理定位系統(tǒng)的硬件平臺,并針對UXO探測,特別設(shè)計了適宜于林地的推車式地理定位系統(tǒng)樣機(jī);在GPS、INS導(dǎo)航理論和多傳感器組合理論的基礎(chǔ)上,開發(fā)了基于Microsoft visual C++導(dǎo)航定位軟件AIMS-Pro,具有事后GPS獨(dú)立導(dǎo)航和GPS/INS/Ranging等多傳感器組合兩種工作模式;支持Honeywell、Northrop、C

8、rossbow等公司多種IMU型號;支持地固系和導(dǎo)航系導(dǎo)航定位計算;支持松組合與緊組合兩種組合方式。
   4.IMU誤差理論:討論了IMU的主要誤差源,使用Allan方差方法對導(dǎo)航級、戰(zhàn)術(shù)級和速率級三種IMU進(jìn)行了隨機(jī)誤差分析,并結(jié)合實(shí)際大量實(shí)驗數(shù)據(jù)提出適合卡爾曼濾波器的誤差模型,通過與設(shè)備制造商誤差模型的對比實(shí)驗證明了自定義誤差模型的有效性。
   5.GPS/INS/Ranging精度研究:在GPS連續(xù)觀測條件下,

9、詳細(xì)研究了GPS/INS組合系統(tǒng)及組合濾波器,在不同級別IMU、計算坐標(biāo)系以及組合方式下的定位精度,并在GPS連續(xù)觀測條件下人為引入GPS全失鎖與部分失鎖,考察INS獨(dú)立導(dǎo)航及不完全GPS約束條件下的誤差特性;詳細(xì)研究了在具有大量GPS短時中斷環(huán)境中,INS輔助的GPS模糊度解算能力和組合定位精度。最后引入地面激光掃描儀(Terrestrial Laser Scanning,TLS)作為激光測距傳感器,通過實(shí)驗研究GPS中斷條件下激光測

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