捷联惯性组合导航系统的滤波器设计与分析

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国防技术和国民经济的不断发展,对导航系统的要求主要是高精度、高可靠性、低成本和长时间连续工作等。目前,任何一种导航系统单独使用时难以满足导航性能要求。为了满足日益增长的对导航准确度和可靠性的要求,采用GPS系统或者其它导航方式与惯性导航组合是一个便捷的途径。组合后的系统避免了单一系统的缺陷,将优点充分的表现出来,取长补短,促使系统具有了更好的综合性能。在组合导航中,系统的性能直接受到各种误差的影响,使用不同的数据处理方法,对组合导航工作的精度以及可靠性会产生不同的效果。因此研究组合导航系统中进行误差处理的滤波方法问题就显得十分必要。本文以组合导航为中心进行分析,重点研究了组合系统中的各种滤波方法,包括Kalman滤波算法、联合Kalman滤波算法、自适应算法等众多理论。所作的主要研究工作为:1.本文从捷联惯导系统和GPS系统的基本原理出发,研究了它们各自的特点以及误差来源,分别建立了二者的误差模型。为了验证捷联系统的误差特性,编写了计算机仿真程序,对捷联系统进行了误差仿真,并对结果做了分析。2.对捷联和GPS系统的各种组合方式进行了介绍,结合Kalman滤波原理,设计了基于输出校正方式的位置/速度组合系统动态模型,对应用Kalman滤波算法的系统模型进行了计算机仿真,说明了GPS系统的引入抑制了导航误差的积累,使得导航精度提高,验证了SINS/GPS组合导航系统算法的有效性。3.针对集中式Kalman滤波计算量大和容错能力差的缺点,研究了联合卡尔曼滤波算法,设计了组合导航系统的无反馈联合Kalman滤波器。将其应用在组合系统中,通过Matlab仿真对其处理效果进行验证。4.针对组合导航系统在实际应用中存在系统噪声和量测噪声未知的情况,在自适应算法基础上,设计了以无反馈结构为核心的捷联惯性组合导航系统联合自适应Kalman滤波器,为了验证其滤波效果对其进行了仿真,最后在分析的基础上得出了结论,验证了算法的可行性。
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