信息融合技術(shù)在INS-GPS-DVL組合導航系統(tǒng)中應用研究.pdf

1、多傳感器導航系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)今某船上最主要的導航系統(tǒng)。該導航系統(tǒng)由包含慣性導航系統(tǒng)(簡稱慣導,INS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和多普勒計程儀(DVL)等在內(nèi)的設備組成,為實現(xiàn)各種任務提供保障,要求導航系統(tǒng)要有高精度、高可靠性和高動態(tài)性能。任何單一的導航系統(tǒng),從性能、成本上都難以勝任。
　　 組合導航系統(tǒng)有效克服了單一系統(tǒng)的不足,在改善導航系統(tǒng)精度、容錯性、自適應性和智能性等方面具有廣闊的應用前景,而信息融合技術(shù)是實現(xiàn)高性能組合導航

2、的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 因此如何充分有效地利用和處理來自多傳感器的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為船載導航系統(tǒng)的主要問題,多傳感器信息融合技術(shù)為此提供了有效的手段。本文以慣導INS/GPS/DVL船載多傳感器組合導航系統(tǒng)為研究對象,從信息融合的角度出發(fā),為提高船載多傳感器組合導航系統(tǒng)的導航精度和容錯能力提供了有效的解決方案。
　　 本文主要研究內(nèi)容如下:
　　 第一章介紹了組合導航系統(tǒng)的發(fā)展狀況和信息融合技術(shù)的發(fā)展狀況、多傳感器融合技術(shù)

3、在組合導航中的應用以及智能化信息融合技術(shù)在組合導航中的應用情況。
　　 第二章研究了聯(lián)邦濾波的基本理論和算法,信息分配原則以及聯(lián)邦濾波流程等,分析了各種聯(lián)邦濾波器結(jié)構(gòu)的特點和容錯性能。
　　 第三章介紹了慣性導航系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和多普勒計程儀等導航設備的基本原理,分析了它們的優(yōu)缺點,并建立了各導航系統(tǒng)的誤差模型。
　　 第四章在第二章和第三章理論分析的基礎上,以三種導航系統(tǒng)的最佳組合為目標,以聯(lián)邦濾波器信息融合

4、結(jié)構(gòu)為核心,結(jié)合故障檢測與系統(tǒng)重構(gòu)理論,設計出具有良好容錯性能的、自動進行故障檢測以及系統(tǒng)重構(gòu)的INS/GPS/DVL容錯聯(lián)邦濾波器方案和算法,并就方案和算法的實現(xiàn)進行了詳細的分析。將已經(jīng)建立的算法模型進行仿真研究和半物理仿真研究,對所研究的方法進行驗證和完善。仿真結(jié)果證明所設計的容錯聯(lián)邦濾波器滿足導航系統(tǒng)精度和容錯性的要求。
　　 考慮到經(jīng)典的卡爾曼濾波器要求精確的系統(tǒng)數(shù)學模型和噪聲統(tǒng)計特性的先驗知識,而在很多時候,工程中所用

5、的卡爾曼濾波模型和噪聲統(tǒng)計特性與實際的系統(tǒng)數(shù)學模型和噪聲統(tǒng)計特性往往不一致,會導致Kalman濾波器產(chǎn)生較大估計誤差、甚至發(fā)散的現(xiàn)象,提出了INS/GPS/DVL組合導航系統(tǒng)自適應聯(lián)邦濾波器方案,進行了算法設計和仿真驗證。證明了本文設計的自適應聯(lián)邦濾波器的有效性。
　　 第五章將神經(jīng)網(wǎng)絡應用于INS/GPS/DVL組合導航系統(tǒng)的信息融合中,以提高導航的精度、智能性和自適應性。提出了神經(jīng)網(wǎng)絡輔助濾波方案,進行了該方案的結(jié)構(gòu)設計和分

6、析,對神經(jīng)網(wǎng)絡設計進行了詳細的分析,并就神經(jīng)網(wǎng)絡輔助濾波算法進行了仿真研究。仿真結(jié)果證明該方法有效地改善了系統(tǒng)精度和自適應性。
　　 第六章為論文的主要研究結(jié)論。
　　 本論文是在以下基金項目資助下完成的:1)國家自然科學基金(60374046):捷聯(lián)慣性組合導航系統(tǒng)快速高精度初始對準的新技術(shù)研究;2)國家自然科學基金項目(50575042):基于局部基準的大型艦船統(tǒng)一姿態(tài)基準系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究:3)總裝備部預研基金(51