研究IMU/GPS组合导航定位系统融合算法开题报告
2020-05-26 08:05
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
一、课题研究目的及意义
1. gps 与 ins 的互补特性
以美国的全球定位系统（global positioning system，gps）为代表的全球卫星导航系统（global navigation satellite system，gnss）能够提供全球性、全天候的导航定位授时服务，并且精度高、误差不随时间积累，而且当使用载波相位观测值时，其精度可以达到厘米级。因此 gps 现已广泛应用于经济建设和科学研究的各个领域，并在战场指挥救援、远程精确打击等军事领域发挥着重要作用。但是，gps 也有其缺点，因为 gps 需要利用从外界获得的信息进行导航定位，获得的信息中总会有一些是干扰信息，这样就会使 gps定位不准确，所以，用 gps 单独进行导航定位时定位精度也很难满足人们的需求，但是我们可以用 gps 对其他导航系统进行辅助。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
一、本课题要研究或解决的主要问题 在组合导航中,如何让系统在复杂的环境中进行可靠工作并得到较高的导航精度,是学术界和工程应用中一直追求的目标。本文围绕这一课题,分别从系统误差模型、系统状态方程、观测方程、组合方式、导航算法等方面进行了详细的论述,并通过合理的选择观测模型、引入新的导航算法并对算法进行优化,改善了组合导航的稳定性,提高了导航精度。主要问题包括： 1、IMU/GPS 组合导航原理； 2、比较常规导航算法和组合导航算法的不同点 3、多种IMU/GPS 多信息融合导航算法比较； 4、设计一种改进非线性滤波器来完成对数据的处理； 5、通过仿真实验来比较改进的滤波器的普通的滤波器在精度上的差别。
二、本课题研究手段与内容 1、INS/ GPS 组合导航系统两种组合方式： 1.1、松耦合 松耦合是将INS中的信息和GPS输出的已经处理过的信息直接进行组合的方式。松耦合方式下，INS系统和GPS系统独立工作，因为INS单独工作时误差会不断积累，用组合后的信息对 INS系统进行辅助，这样INS的误差积累就会得到抑制，松耦合方式因为结构简单，所以其计算量相对较小，适用于对实时性有较高要求的系统中。 INS/GPS松耦合系统的原理图如下：
1.2、紧耦合 紧耦合是利用伪距和伪距率的信息进行组合的方式，将GPS中输出的原始的伪距和伪距率等信息对INS系统进行辅助以抑制其误差积累，与松耦合不同的是，伪距和伪距率是GPS输出的原始信息，不会有噪声的干扰，所以误差较小。紧耦合方式虽然误差较小，但是因为原始信息需要经过大量的星历计算和对时间的延迟进行补偿，这样，计算量就会增加许多，定位时间就会延长，导航的实时性就会变差，在实时性要求高的系统中就不适用。 INS/GPS紧耦合系统的原理图如下：
2、滤波器的设计方法 INS/GPS系统中，滤波器的设计方法有两种，一种是直接法，另一种是间接法。 2.1 直接法 直接法直接以各种导航参数为主要状态，滤波器估值的主要部分就是导航参数的估 值。 在直接法估计中，系统的状态方程和量测方程可能是非线性的，也可能是线性的。若是非线性的，按照卡尔曼滤波的要求，还必须进行线性化。由于导航参数并非小量，取高阶近似时，线性化方程变的复杂，取低阶近似时会导致模型误差，故直接法较少采用
2.2 间接法 间接法一组合导航系统中某一种导航系统（经常采用惯性系统）输出的导航参数的误差为滤波器主要状态，滤波器估值的主要部分就是导航参数误差估值，然后用估值去校正导航参数。 间接法估计的状态都是误差状态，即滤波方程中的状态矢量是导航参数误差状态和其他误差状态的集合。利用状态估值去对原系统进行校正也有两种方法，即输出校正和反馈校正。
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