目录
摘要 ................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论 . (1)
1.1课题背景及研究的目的与意义 (1)
1.2发展历史与国内外研究现状 (2)
1.2.1发展历史 (2)
1.2.2国内外研究现状 (3)
1.3本文主要内容与章节结构 (4)
第2章INS与GPS的原理分析及参数说明 (6)
2.1导航参数说明 (6)
2.1.1主要参考坐标系 (6)
2.1.2关键参数说明 (8)
2.2惯性导航系统原理 (9)
2.2.1概述 (9)
2.2.2捷联式惯性导航系统 (10)
2.3 GPS全球定位系统的原理分析 (19)
2.3.1概述 (19)
2.3.2全球定位系统的组成 (19)
2.3.3全球定位系统的工作原理 (21)
2.4本章小结 (22)
第3章INS/GPS组合系统融合算法及其计算量与精度的分析 (23)
3.1INS/GPS组合导航误差模型分析与建立 (23)
3.1.1INS惯性导航系统的误差分析 (23)
3.1.2全球定位系统的误差分析 (29)
3.1.3 INS/GPS组合导航对应的误差模型研究与建立 (31)
3.2基本KF卡尔曼滤波法及其计算量与精度分析 (33)
3.2.1 三种基本卡尔曼模型 (34)
3.2.2参数离散化及具体导航滤波参数 (37)
3.2.3基本卡尔曼算法与精度的分析 (39)
3.3扩展卡尔曼滤波法EKF及其计算量与精度分析 (40)
3.4无敏卡尔曼UKF及其计算量与精度分析 (43)
3.5粒子滤波PF及其计算量与精度分析 (45)
3.6本章小结 (46)
第4章四种滤波算法精度与计算量的仿真验证分析 (47)
4.1基本KF算法的仿真结果分析 (48)
4.1.1基本KF滤波前后结果仿真图 (48)
4.1.2步长和维数以及初始值对KF精度的影响 (50)
4.2同种系统下，扩展EKF与UKF的软件仿真结果分析 (56)
4.3粒子滤波法的软件仿真结果验证与分析 (60)
4.4本章小结 (62)
结论 (63)
参考文献 (64)
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明及使用授权说明 (68)
致谢 (69)
第1章绪论
1.1课题背景及研究的目的与意义
随着科学理论的不断进步及硬件设备的改进，对于动态实时载体如飞机、导弹、汽车、微型拍摄器等的应用要求也越来越高，尤其是对于跟踪精度、速度方面的要求越来越高。特别是随着现在的电子战争的发展，“导航战争”也成为了电子战争的热点，并在最近几年的电子战争中的重要性比例逐渐加深。而这种战争比拼主要就是关于设备的精确度、速度以及抗干扰性的提高。但是在“战争”中依赖一个传感器来进行测量和跟踪已经远远不能满足要求。此外，现如今的独立的导航系统都有一些局限性或者重要缺陷。现以卫星导航为例，从卫星发出的信号到地面的接收站在卫星信号没有被遮挡情况下，卫星导航定位的结果比较准确和便捷。但是一旦进入城市内，会被城市内的建筑楼房，树木以及其他的物体遮挡信号，从而造成卫星导航的输出结果变差甚至是失灵的情况。尤其是进入到水下、室内以及地下等地方的卫星信号格外微弱，这样就很难满足卫星定位的要求，必须寻求一定的方法去解决这种难题。如此，使用多传感器的组合导航系统就顺势产生了，并经过一段时间研究形成如今的多样性。
在如今的组合导航系统中，通过将传感器采集的信息，传送到算法模块，使用某种适宜的算法对采集信息进行最优融合。可以达到提高动态载体的精确度、速度以及抗干扰的性能。以上的优势组合进一步推动了组合导航的发展并愈加成为现今导航系统的发展趋势，成为现今科研的热点。
如今使用的导航系统多是以INS系统为主，究其原因是INS系统提供的导航参数较全面。惯性导航系统指的是利用在动态载体上安装加速度和陀螺仪传感器，通过以上的传感器获得动态载体相对于惯性空间的比力信息和角速度信息。进一步将信息送入解算模块中，最终得到所需要的导航信息。由于惯性导航系统需要的关键元件都安装在动态载体的内部，仅仅依靠内部传感器收集数据并不依赖外部的任何信息，不需要同外界进行发送或输出数据不容易受到外界干扰，自主性强。
总之，INS惯性系统具备以下的优势：
1、隐蔽性高，不需要同外界进行信息交流和辐射能量。
2、自主性强，仅需要动态载体内部的陀螺仪与加速度传感器的采集信息。
3、提供较全面的信息，主要指INS系统可以提供动态载体的姿态信息，这是其余导航系统很难做到的。同