信息融合技術在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)已經成為現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)等在內的設備組成,為實現各種任務提供保障,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,而信息融合技術是實現高性能組合導航

2、的關鍵技術。
　　 因此如何充分有效地利用和處理來自多傳感器的數據已經成為船載導航系統(tǒng)的主要問題,多傳感器信息融合技術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的發(fā)展狀況、多傳感器融合技術

3、在組合導航中的應用以及智能化信息融合技術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)邦濾波器結構的特點和容錯性能。
　　 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、結構為核心,結合故障檢測與系統(tǒng)重構理論,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進行了詳細的分析。將已經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。
　　 考慮到經典的卡爾曼濾波器要求精確的系統(tǒng)數學模型和噪聲統(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)數學模型和噪聲統(tǒng)計特性往往不一致,會導致Kalman濾波器產生較大估計誤差、甚至發(fā)散的現象,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。
　　 第五章將神經網絡應用于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。提出了神經網絡輔助濾波方案,進行了該方案的結構設計和分

6、析,對神經網絡設計進行了詳細的分析,并就神經網絡輔助濾波算法進行了仿真研究。仿真結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)關鍵技術研究:3)總裝備部預研基金(51