MSINS-GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究.pdf

1、MSINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有巨大的軍事、民用價值和廣闊的應(yīng)用前景，本文針對MIMU和GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理、分布式導(dǎo)航計算機的軟硬件設(shè)計、數(shù)據(jù)融合方法等開展了較為深入地研究，所作的主要工作可歸納為如下幾個方面： (1)完成了基于小型光纖陀螺儀和石英撓性加速度計的MIMU安裝支架設(shè)計，并進行了整體裝配；對小型光纖陀螺和石英加速度計分別進行了性能測試和分析，對MIMU進行了整體標定：針對高精度三軸轉(zhuǎn)臺價格昂貴、安裝在室內(nèi)無法在轉(zhuǎn)臺

2、上接收GPS信號進行動態(tài)實驗的缺點，提出了采用變幾何衍架結(jié)構(gòu)的低成本慣性測量組合標定系統(tǒng)軟硬件設(shè)計方案；在運用小波分析方法提取陀螺儀輸出數(shù)據(jù)中的趨勢項的基礎(chǔ)上，建立了陀螺儀漂移的ARMA模型：分析了GPS報文的格式，針對MSINS/GPS組合的不同方式，介紹了報文的解碼方法，編制了相關(guān)的程序。 (2)以DSP為核心設(shè)計了MSINS/GPS分布式控制組合導(dǎo)航計算機，并對其進行了軟、硬件調(diào)試。采用浮點放大器和CPLD實現(xiàn)了MIMU的

3、高速、高精度數(shù)據(jù)采集；采用單片機控制接收、判斷和校驗GPS-OEM板異步串口輸出的報文：各處理器之間通過雙端口RAM共享數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了分布式控制。系統(tǒng)與主機的通信采用RS-232/485/422多協(xié)議串口；為提高系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度能力，對μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)進行了移植應(yīng)用。 (3)簡要闡述了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理，給出了導(dǎo)航解算方法，列出了MSINS的誤差傳播方程。分析了MSINS和GPS的組合技術(shù)，給出了位置/速度組合

4、、偽距，偽距率組合的狀態(tài)方程和量測方程，確定了組合系統(tǒng)的校正方法。針對GPS串行輸出的量測信息輸出滯后問題，采用GPS接收機輸出的1PPS脈沖，結(jié)合CPID、DSP、MCU內(nèi)部的定時器、中斷等相應(yīng)的硬件資源，針對不同的組合方案與軟件相結(jié)合，實現(xiàn)了MIMU和GPS的數(shù)據(jù)同步。 (4)提出了一種改進的聯(lián)邦強跟蹤卡爾曼濾波算法，并將其應(yīng)用于MSINS/GPS淺組合中。采用了三層容錯結(jié)構(gòu)，能夠有效地檢測出數(shù)據(jù)粗大誤差、GPS速度跳變以及

5、濾波器誤差估計的故障，及時進行故障隔離，從而使系統(tǒng)具有良好的容錯能力。仿真結(jié)果表明，聯(lián)邦強跟蹤卡爾曼濾波算法解決了量測相關(guān)、GPS速度跳變和初值選取敏感性等問題，可以提高系統(tǒng)的實時性、魯棒性和容錯性能。 (5)提出了一種分散區(qū)間Kalman濾波算法，并將其應(yīng)用在MSINS/GPS深組合中。對系統(tǒng)噪聲和量測噪聲用區(qū)間描述，并對系統(tǒng)噪聲根據(jù)濾波結(jié)果采用模糊自適應(yīng)方法進行調(diào)整；采用多傳感器線性最小方差最優(yōu)估計標量加權(quán)方法實現(xiàn)子濾波器之