SINS-GPS組合導航性能增強技術研究.pdf

1、導航技術在軍事、工業(yè)以及民用等眾多領域都有著廣泛應用，如何提高導航精度和可靠性對于導航技術的推廣應用具有重要意義。GPS與SINS互補性強，是實現(xiàn)組合導航的一種重要方案。論文是以GPS/SINS為基礎，在信息融合技術的理論框架下，從引入其它外部測量信息和改進融合算法兩個方向，重點研究了增強其可靠性、姿態(tài)精度和精度的穩(wěn)定性的方法。
　　在組合導航系統(tǒng)中往往使用采樣頻率不同的多種傳感器。論文首先對聯(lián)邦卡爾曼濾波的融合策略進行改進，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性。在此基礎上，論文提出了一種自適應分散濾波方法，以達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航解的目的。同時，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)。為了便于對后續(xù)研究內(nèi)容進行評價和比較，論文接著建立了GPS/SINS組合導航系統(tǒng)，并對其性能進行了仿真。
　　為提高GPS/SINS組合導航系統(tǒng)對姿態(tài)誤差的觀測能力，論文首先研究了采用多天

3、線GPS增強系統(tǒng)姿態(tài)測量能力的方法，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行基線測量的原理，提出了兩種利用基線直接觀測平臺誤差角的方法，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，優(yōu)于姿態(tài)誤差角法，且兩條基線能夠分時工作，計算量也沒有增加。
　　接下來，論文又對利用偏振光和地磁測量來增強組合導航系統(tǒng)姿態(tài)測量性能的方法進行了研究。論文推導了偏振光對平臺誤差的觀測方程，闡述

4、了利用偏振光輔助進行姿態(tài)觀測的基本原理，以及啟動偏振光觀測的條件。為進一步提高該方法的性能，論文對使用多偏振光模塊非平行觀測、偏振模型精確化和傳感器改進等措施進行了討論，并證明了組合導航系統(tǒng)的完全隨機可檢性。論文提出了一種偏振光/GPS/SINS組合的結(jié)構(gòu)配置方案，并進行了與GPS/SINS組合的對比仿真研究。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，論文對采用地磁和偏振光雙重輔助、具有直接的完全姿態(tài)測量能力的系統(tǒng)進

5、行了研究，推導了地磁矢量觀測平臺誤差角的觀測方程，闡述了偏振光/地磁/GPS/SINS組合的配置方案和工作原理，并進行了仿真對比檢驗。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，退化程度與太陽矢量與當?shù)氐卮攀噶繆A角正弦有關。
　　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。分析了組合導航系統(tǒng)常見故障及故障模型，闡述了故障檢測隔離的原理和方法，進而提出一種使用雙