基于光纤陀螺仪的车载导航误差建模及滤波方法

发布时间：2017-11-03 08:25

  本文关键词：基于光纤陀螺仪的车载导航误差建模及滤波方法

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【摘要】：随着现代战争对武器装备快速性和机动性的要求,往往需要陆地车辆自主、快速、精确的导航定位。本文从系统和惯性器件的角度分析各种影响导航系统精度的误差因素,基于车辆振动环境设计了一种适合在振动环境下,满足导航系统导航需求的滤波方法。首先,介绍了捷联惯性导航系统工作原理及系统构成,利用四元数算法及等效旋转矢量方法对惯导系统的姿态、位置和误差等导航参数信息进行更新,推导了导航参数信息的误差方程,建立了车辆的振动模型,并用MATLAB仿真,验证车辆振动对车载惯导系统输出导航参数精度的影响。其次,系统地分析惯导系统和惯性器件主要误差来源,针对惯性器件误差源,用ALLAN方差分析法和功率谱密度法相结合的方法去测定光纤陀螺性能,对光纤陀螺输出误差进行全面辨析并提出减小误差的措施。再次,针对车载振动环境下,惯导系统输出导航参数信息包含的误差进行滤波处理,推导了小波滤波算法,结合MALLT算法和多尺度小波分解算法的数学方程,对不同的阈值选取方法、不同小波基和不同小波分解层次对于滤波效果的影响进行讨论,为仿真验证奠定了基础。最后,给出了捷联惯导系统导航解算流程图及误差补偿法小波滤波流程图,并对所设计的算法用MATLAB进行仿真测试。在正弦函数为有效路形的前提下,测试理想情况和实际情况下惯导系统输出轨迹,并分析各项导航参数的误差;针对实际路况,采用小波滤波法对惯导系统输出导航参数信息进行滤波处理,对比分析相同小波基下不同分解尺度和相同分解尺度下不同小波基滤波效果,结果显示:不同小波基对于滤波结果不同,增加小波基分解尺度有利于优化滤波效果,但达到一定程度后,不再随着分解尺度的增加而增加。滤波之后,车载导航系统精度提高,可以达到实际应用需求。
【关键词】：捷联惯导系统 车载振动 误差分析 小波滤波算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ810.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题背景和意义10-11
• 1.2 FOG捷联惯导系统的研究11-14
• 1.2.1 惯性导航系统11-12
• 1.2.2 惯性导航系统分类12
• 1.2.3 捷联惯导系统的研究现状12-13
• 1.2.4 车载惯导系统的研究现状13-14
• 1.3 导航系统去噪方法的研究14-16
• 1.4 论文研究的内容及主要工作16-18
• 第2章 车载捷联惯导系统工作原理18-33
• 2.1 常用坐标系及其转换关系18-20
• 2.1.1 常用坐标系18-19
• 2.1.2 坐标系之间转换关系19-20
• 2.2 捷联惯性导航系统导航解算方法20-25
• 2.2.1 捷联惯性导航系统导航原理21
• 2.2.2 捷联惯性导航系统导航算法21-25
• 2.3 车辆振动模型25-32
• 2.3.1 车辆行驶有效路形25-27
• 2.3.2 车辆振动模型27-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 车载惯导系统误差特性分析33-48
• 3.1 捷联惯导系统的误差源33-38
• 3.1.1 惯导系统误差分类33-34
• 3.1.2 惯导系统误差方程34-38
• 3.2 惯性器件误差38-39
• 3.3 FOG随机误差测定方法39-43
• 3.3.1 Allan方差法原理39-41
• 3.3.2 光纤陀螺随机噪声分析41-43
• 3.4 光纤陀螺性能评价43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 车载环境惯导系统动态噪声滤波的方法48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 小波变换去噪原理48-52
• 4.2.1 小波分析理论48-50
• 4.2.2 小波多尺度分解和重构50-52
• 4.3 小波分析去噪方法52-55
• 4.3.1 小波阈值去噪原理52
• 4.3.2 小波基选择方法和小波分解层数确定52-54
• 4.3.3 小波去噪阈值选择54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 误差滤波方法仿真分析57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 软件流程57-59
• 5.3 仿真测试59-68
• 5.3.1 车辆行驶惯导系统误差59-64
• 5.3.2 导航系统信号滤波仿真64-68
• 5.4 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单75-76
• 致谢76

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本文编号：1135405