北斗/MEMS-SINS松组合可持续导航算法研究与实现

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mythology_leonie
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随着组合导航技术的快速发展,基于卫星/惯性松组合导航系统因其便于工程实现而被广泛采用。但当卫星信号失锁时,卫星/惯性松组合导航系统将转为纯惯性导航系统,导致精度急剧下降。针对该问题,本文对北斗/MEMS-SINS松组合可持续导航算法及其嵌入式实现方法展开研究。首先,研究捷联式惯性导航系统解算原理和北斗/MEMS-SINS松组合导航系统的基本原理,设计了基于定位定向北斗导航接收机的的北斗/MEMS-SINS松组合导航方案,介绍了松组合导航系统的状态方程和量测方程。对课题组已有的航姿测量硬件系统进行改进,增加双天线北斗卫星导航接收机,构成以STM32H743和TMS320C6748为处理核心的北斗/MEMS-SINS松组合导航硬件系统。第二,鉴于中心差分卡尔曼滤波(Central Difference Kalman Filter,CDKF)精度高、速度快的优点,对CDKF进行改进,提出一种基于新息重构和鲁棒M估计的鲁棒自适应CDKF(Robust Adaptation CDKF,RACDKF)算法,该算法采用新息重构方法解决量测信息短时异常的问题,采用鲁棒M估计方法实时估计量测噪声,以适应滤波过程中量测噪声统计特性突变的情况,提高算法的估计精度和鲁棒性。在此基础上,设计了北斗卫星导航信号正常时的北斗/MEMS-SINS松组合数据融合方法。第三,针对北斗卫星导航信号失锁时北斗/MEMS-SINS松组合导航系统精度急剧下降的问题,提出一种长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)辅助RACDKF的北斗/MEMS-SINS松组合可持续导航方法。该方法在北斗卫星导航信号正常时,采用RACDKF估计的位置误差、速度误差和航向角误差校正SINS解算结果,训练生成预测位置误差、速度误差和航向角误差的LSTM网络;在北斗卫星导航信号失锁时,采用LSTM网络预测的位置误差、速度误差和航向角误差校正SINS解算结果。实验结果表明,该方法能够提高北斗卫星导航信号失锁时北斗/MEMS-SINS松组合导航的精度和稳定性。第四,将北斗/MEMS-SINS松组合可持续导航方法嵌入到硬件系统中。设计了STM32H743和TMS320C6748的数据通信逻辑,编写了STM32H743程序和TMS320C6748程序,并通过跑车实验验证系统性能。实验结果表明,当卫星信号失锁时,北斗/MEMS-SINS松组合可持续导航系统能够持续输出有效的导航信息,速度误差不超过0.42m/s,纬度误差为3.35082e-05°(3.68m),经度误差为1.0695e-05°(1.17m),航向角误差不超过2.4°,俯仰角角误差不超过2.3°,横滚角误差不超过2°。本文的研究结果为北斗/MEMS-SINS松组合导航可持续方法的设计提供了借鉴思路,同时对促进北斗导航技术的发展具有重大意义。
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