SINS-GPS組合測量中的捷聯(lián)算法與組合濾波技術研究.pdf

1、面向復雜環(huán)境下的高精度導航應用需求，本文提出兩個方面的研究目標:一是探索面向復雜環(huán)境下的高效率高精度的SINS導航算法的設計問題，重點研究在強振動、大機動等復雜環(huán)境下的SINS導航參數(shù)解算過程中的不可交換誤差的補償方法;二是研究SINS/GPS組合導航系統(tǒng)的非線性數(shù)據(jù)融合問題，尋找適用于復雜環(huán)境下的SINS/GPS組合導航系統(tǒng)的具有高精度和強魯棒性的非線性濾波算法和數(shù)據(jù)融合策略，為實現(xiàn)復雜環(huán)境下的高精度導航定位提供理論依據(jù)和技術支撐。<

2、br>　　為此，本文從分析傳統(tǒng)的捷聯(lián)姿態(tài)解算算法結構和算法設計方法入手，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)捷聯(lián)姿態(tài)圓錐補償算法在算法結構上存在明顯不足:基于傳統(tǒng)的非壓縮或壓縮圓錐補償形式設計的圓錐算法，在面向復雜環(huán)境下的高精度應用時，要么精度不足，要么效率低下。于是，本文以優(yōu)化圓錐補償結構為突破口，尋求實現(xiàn)復雜環(huán)境下的高精度、高效率的捷聯(lián)姿態(tài)圓錐補償算法的優(yōu)化設計。
　　本文首先提出一種約束形式的圓錐補償結構，該圓錐補償形式可以被看作是在非壓縮圓錐補償形式

3、上施加一種約束關系后簡化而來?；诓煌膬?yōu)化設計準則（在某種意義上，使圓錐補償殘余項分別在經(jīng)典圓錐運動、期望的離散圓錐運動、期望的振動或機動條件下盡可能?。瑢s束圓錐補償結構中的系數(shù)進行優(yōu)化設計，并給出優(yōu)化后的約束圓錐補償算法。相對于非壓縮圓錐補償算法的優(yōu)化設計，約束圓錐補償算法的優(yōu)化設計中需要增加額外的約束關系。在理論上，相同計算量的約束算法與非壓縮算法相比，前者具有更高的算法精度。
　　同時，本文還提出一種半壓縮形式的圓錐補

4、償結構，該圓錐補償形式可以被看作是在非壓縮圓錐補償形式上施加一種更強的約束關系后簡化而來。半壓縮算法結構與傳統(tǒng)的壓縮算法結構的系數(shù)具有相同的自由度，二者之間存在某種簡單的關系，這使得半壓縮圓錐補償算法系數(shù)可以由已有的壓縮圓錐補償算法系數(shù)直接導出，簡化了半壓縮圓錐補償算法的優(yōu)化設計過程。與壓縮圓錐算法和非壓縮圓錐算法相比，半壓縮圓錐算法在機動精度和算法計算量上比較適中。
　　針對基于速率陀螺的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)，本文提出一種新的角速率輸入

5、的圓錐補償形式，該圓錐補償形式中包含角速率子樣叉乘項、角增量子樣叉乘項以及角速率與角增量子樣的叉乘項?；谠撗a償形式，在經(jīng)典圓錐運動、離散圓錐運動和振動條件下，采用頻域泰勒方法或最小二乘方法設計了一類新的角速率輸入的圓錐補償算法，與傳統(tǒng)角速率輸入的壓縮算法相比，無論在圓錐環(huán)境還是在機動環(huán)境下，新的圓錐算法均具有更高的精度。
　　針對捷聯(lián)慣導速度解算問題，根據(jù)圓錐算法和劃槳算法之間的對偶性原理，采用一種等價轉換方法，從所設計的約束圓

6、錐補償算法和半壓縮圓錐補償算法，直接設計出約束劃槳補償算法和半壓縮劃槳補償算法;針對捷聯(lián)慣導位置解算問題，本文提出一種約束形式的旋轉和渦卷補償結構，基于該約束旋轉和渦卷補償形式，采用頻域泰勒方法設計了一種約束旋轉和渦卷補償算法，與傳統(tǒng)壓縮旋轉和渦卷補償算法相比，新的約束算法具有更高的機動性能和更少的算法計算量。
　　針對SINS/GPS組合導航信息融合、組合系統(tǒng)誤差分析、SINS初始對準和SINS標定等應用需要，本文從分析SINS

7、/GPS組合導航系統(tǒng)各部分誤差源引入系統(tǒng)的方式入手，研究并建立了SINS高階多源誤差耦合傳播模型，以及SINS/GPS緊組合導航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程。
　　通過分析EKF、SHKF和STKF算法與IMM數(shù)據(jù)融合策略的基本特性，提出一種基于IMM數(shù)據(jù)融合策略的SINS/GPS緊組合導航濾波算法，其中包括三個子濾波器:一個STKF和兩個次優(yōu)SHKF，每個子濾波器基于一個獨立的模型，與EKF、SHKF和STKF算法相比，在不確定條件