INS-WSN組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人被越來(lái)越多地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。在移動(dòng)機(jī)器人涉及的多項(xiàng)技術(shù)中，其導(dǎo)航定位系統(tǒng)業(yè)已成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。在室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下，常規(guī)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)難以同時(shí)滿(mǎn)足系統(tǒng)定位精度和可靠性的需求，研究新型高可靠、高精度的室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)成為室內(nèi)定位亟待解決的問(wèn)題。本文以INS/WSN組合導(dǎo)航系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)及信息融合算法進(jìn)行了研究，系統(tǒng)地分析了不同的模型以及不同的信息融合濾波算法對(duì)INS/W

2、SN組合導(dǎo)航定位精度的影響。
　　在INS/WSN松組合架構(gòu)下，本文通過(guò)對(duì)多模型理論的研究，分別提出了基于交互多模型的濾波方法、基于模型切換的濾波方法以及基于模型集切換的濾波方法，并引入強(qiáng)跟蹤濾波器以提高INS/WSN濾波模型的魯棒性。與基于單個(gè)模型的濾波方法相比，基于交互多模型的濾波方法能在一定程度上提高對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的定位精度，但當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式改變時(shí)，系統(tǒng)模型集中與之匹配的有效模型并沒(méi)有得到及時(shí)地切換，這會(huì)影響該濾波方法

3、的定位精度。為解決上述問(wèn)題，本文提出了一種基于模型切換的濾波方法，其采用加速度統(tǒng)計(jì)信息作為特征量來(lái)選取與移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模式相匹配的系統(tǒng)模型。進(jìn)一步地，為了減輕未知系統(tǒng)噪聲造成的先驗(yàn)?zāi)Ｐ团c真實(shí)模型之間的不匹配程度，本文提出了基于模型集切換的濾波方法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在三種INS/WSN松組合濾波方法中，基于模型切換的濾波方法的計(jì)算量最小，基于模型集切換的濾波方法的定位精度最高。最后，為了提高系統(tǒng)的魯棒性，本文將強(qiáng)跟蹤濾波器應(yīng)用到了INS

4、/WSN松組合導(dǎo)航算法中，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在模型集相同的情況下，強(qiáng)跟蹤濾波器的濾波精度要優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波器的濾波精度。
　　在INS/WSN緊組合架構(gòu)下，沿著與INS/WSN松組合架構(gòu)下同樣的算法設(shè)計(jì)思路，將上述三種濾波方法應(yīng)用到了INS/WSN緊組合架構(gòu)中，并獲得了與在松組合架構(gòu)下一致的結(jié)論。進(jìn)一步地，為了減小擴(kuò)展卡爾曼濾波器存在的非線(xiàn)性逼近誤差，本文將無(wú)跡卡爾曼濾波器應(yīng)用到了INS/WSN緊組合導(dǎo)航算法中，以提高INS/W