SINS-GPS組合導(dǎo)航性能增強(qiáng)技術(shù)研究.pdf

1、導(dǎo)航技術(shù)在軍事、工業(yè)以及民用等眾多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，如何提高導(dǎo)航精度和可靠性對(duì)于導(dǎo)航技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義。GPS與SINS互補(bǔ)性強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航的一種重要方案。論文是以GPS/SINS為基礎(chǔ)，在信息融合技術(shù)的理論框架下，從引入其它外部測(cè)量信息和改進(jìn)融合算法兩個(gè)方向，重點(diǎn)研究了增強(qiáng)其可靠性、姿態(tài)精度和精度的穩(wěn)定性的方法。
　　在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中往往使用采樣頻率不同的多種傳感器。論文首先對(duì)聯(lián)邦卡爾曼濾波的融合策略進(jìn)行改進(jìn)，提出

2、了一種適合于多采樣系統(tǒng)的融合策略，并證明了它與集中濾波的等價(jià)性。在此基礎(chǔ)上，論文提出了一種自適應(yīng)分散濾波方法，以達(dá)到在存在不確定性或軟故障的情況下仍能獲得較高精度的導(dǎo)航解的目的。同時(shí)，算法保留了聯(lián)邦濾波的分散化結(jié)構(gòu)，可以方便的支持故障隔離與重構(gòu)。為了便于對(duì)后續(xù)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較，論文接著建立了GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，并對(duì)其性能進(jìn)行了仿真。
　　為提高GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)姿態(tài)誤差的觀測(cè)能力，論文首先研究了采用多天

3、線GPS增強(qiáng)系統(tǒng)姿態(tài)測(cè)量能力的方法，提出了一種天線配置結(jié)構(gòu)，闡述了利用載波相位差分方法進(jìn)行基線測(cè)量的原理，提出了兩種利用基線直接觀測(cè)平臺(tái)誤差角的方法，并與姿態(tài)誤差角法和姿態(tài)四元數(shù)誤差法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，新方法的精度與姿態(tài)四元數(shù)法基本相當(dāng)，優(yōu)于姿態(tài)誤差角法，且兩條基線能夠分時(shí)工作，計(jì)算量也沒(méi)有增加。
　　接下來(lái)，論文又對(duì)利用偏振光和地磁測(cè)量來(lái)增強(qiáng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)測(cè)量性能的方法進(jìn)行了研究。論文推導(dǎo)了偏振光對(duì)平臺(tái)誤差的觀測(cè)方程，闡述

4、了利用偏振光輔助進(jìn)行姿態(tài)觀測(cè)的基本原理，以及啟動(dòng)偏振光觀測(cè)的條件。為進(jìn)一步提高該方法的性能，論文對(duì)使用多偏振光模塊非平行觀測(cè)、偏振模型精確化和傳感器改進(jìn)等措施進(jìn)行了討論，并證明了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的完全隨機(jī)可檢性。論文提出了一種偏振光/GPS/SINS組合的結(jié)構(gòu)配置方案，并進(jìn)行了與GPS/SINS組合的對(duì)比仿真研究。結(jié)果表明，該方法具有穩(wěn)定的姿態(tài)誤差修正能力。
　　接著，論文對(duì)采用地磁和偏振光雙重輔助、具有直接的完全姿態(tài)測(cè)量能力的系統(tǒng)進(jìn)

5、行了研究，推導(dǎo)了地磁矢量觀測(cè)平臺(tái)誤差角的觀測(cè)方程，闡述了偏振光/地磁/GPS/SINS組合的配置方案和工作原理，并進(jìn)行了仿真對(duì)比檢驗(yàn)。結(jié)果表明該方法具有精度更高、更穩(wěn)定的姿態(tài)誤差修正效果。最后，論文研究了該方法的退化情況，結(jié)果表明，退化程度與太陽(yáng)矢量與當(dāng)?shù)氐卮攀噶繆A角正弦有關(guān)。
　　論文的最后一部分提出了一種提高系統(tǒng)精度和可靠性的完整配置方案。分析了組合導(dǎo)航系統(tǒng)常見故障及故障模型，闡述了故障檢測(cè)隔離的原理和方法，進(jìn)而提出一種使用雙