基于光電掃描和捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的室內(nèi)組合導航定位算法研究.pdf

1、基于光電掃描和基于光電掃描和捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的室內(nèi)室內(nèi)組合組合導航導航定位定位算法研究算法研究ResearchonIndoIntegratedNavigationLocalizationAlgithmBasedonPhotoelectricScanningStrapdownInertialNavigationSystem學科專業(yè)：儀器科學與技術研究生：王姣指導教師：葉聲華教授天津大學精密儀器與光電子工程學院二零一六年十二月I摘

2、要車間測量定位系統(tǒng)（wMPS：wkshopMeasuringPositioningSystem）作為一種分布式的大尺寸空間坐標測量系統(tǒng)，因其高精度，多任務等特性，已在航空航天等大型裝備制造及安裝領域中得到了廣泛的應用。目前，對于wMPS靜態(tài)測量和動態(tài)測量的精度、性能已有一定的研究，然而，當wMPS對動態(tài)目標進行實時測量或?qū)Ш綍r，其性能受限于較低的測量數(shù)據(jù)更新率。另外，作為一類光電測量設備，當工廠環(huán)境比較復雜時，wMPS發(fā)射站與接收器之間

3、的光路極易被遮擋，導致測量結(jié)果無法更新。因此，當對快速移動物體進行實時跟蹤測量時，wMPS無法滿足測量要求。為了提高wMPS的動態(tài)測量性能，本文引入捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)（SINS），利用慣性器件高度自主性及高測量率等特性，與wMPS構(gòu)成組合導航系統(tǒng)完成室內(nèi)環(huán)境下的動態(tài)測量任務。本文針對室內(nèi)環(huán)境下如何對wMPS動態(tài)誤差進行建模、應用卡爾曼濾波融合wMPS和SINS組合導航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等問題開展了較為深入地研究，本文的主要工作和貢獻如下：1.詳細

4、推導了適用于室內(nèi)環(huán)境下的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的誤差模型，包括速度誤差方程、位置誤差方程以及姿態(tài)誤差方程；闡述了擴展卡爾曼濾波如何應用在wMPS動態(tài)測量中、線性卡爾曼濾波以及無跡卡爾曼濾波在wMPS和SINS組合導航系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)方法。2.對wMPS動態(tài)誤差來源進行了分析，從原理上分析了wMPS發(fā)射站轉(zhuǎn)速，發(fā)射站距運載體的距離以及運載體運動速度對wMPS動態(tài)誤差的影響，利用Matlab仿真計算wMPS發(fā)射站轉(zhuǎn)速以及運載體運動速度不同時動態(tài)測量誤

5、差的大??；根據(jù)導軌勻速直線運動的實驗結(jié)果，利用ARMA模型對wMPS動態(tài)誤差建模，建立了wMPS的位置誤差方程和速度誤差方程。3.根據(jù)實際的陀螺儀和加速度計參數(shù)仿真SINS的測量軌跡，根據(jù)wMPS動態(tài)誤差模型仿真wMPS的測量軌跡，利用Matlab仿真驗證了基于間接法的線性卡爾曼濾波和無跡卡爾曼濾波在wMPS和SINS室內(nèi)組合導航中的可行性，并根據(jù)導軌實驗結(jié)果證明了卡爾曼濾波算法可以提高組合導航系統(tǒng)的測量精度。針對實驗中出現(xiàn)的多系統(tǒng)時間