基于非線性模型的組合導航濾波算法.研究

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1、上海交通大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名：周媛媛日期：2008年1月18日上海交通大學學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學可以將本學位論

2、文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本學位論文屬于不保密√。（請在以上方框內(nèi)打“√”）學位論文作者簽名：周媛媛指導教師簽名：鮑其蓮日期：2008年1月18日日期：2008年1月上海交通大學碩士學位論文第一章緒論第一章緒論1.1引言1.1.1導航系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀導航就是正確地引導機動載體沿著預定的航線在規(guī)定的時間內(nèi)到達目的地，用來完成上述引導任務的設備稱為導航系統(tǒng)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，導航漸漸發(fā)展成為一門專門研究導航原理方法和導航技術(shù)裝置的學科。在艦船、飛機、導彈、

3、宇宙飛行器等航行體上，導航系統(tǒng)是必不可少的重要設備。按照近代科技術(shù)語，導航的主要工作就是定位、定向、授時和測速。由于能夠測得導航參數(shù)、完成導航任務的物理原理和技術(shù)方法很多，因此，隨后便出現(xiàn)了各種類型的導航系統(tǒng)，從上個世紀20年代的儀表導航開始，已先后出現(xiàn)了無線電定位系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、多普勒導航系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)，[1][2]它們的出現(xiàn)使導航進入了一個全新的時代。上世紀30年代，出現(xiàn)了無線電導航，首先使用的是無線電信標和無線電羅盤。40年代初開始研制伏爾導航系統(tǒng)(VOR)。50年代初慣性導航系統(tǒng)被用于飛機導航。50年代末出現(xiàn)了多普勒導航系統(tǒng)。60年代開始使

4、用遠程無線電羅蘭C(Loranc)，同時還研制出塔康導航系統(tǒng)(TACAN)，以及奧米加導航系統(tǒng)(Omega)。1963年出現(xiàn)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以后發(fā)展出了全球定位系統(tǒng)(GPS,GlobalPositioningSystem)和衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）系統(tǒng)。1.1.2慣性導航系統(tǒng)慣性導航是上個世紀初發(fā)展起來的，它是以牛頓經(jīng)典運動力學定律為基礎，是一種利用慣性測量元件（IMU,InertialMeasurementUnit）、基準方向及最[3][4]初位置信息來確定運載體姿態(tài)、速度和位置的自主式推算導航方法。用來實現(xiàn)慣性導航的一系列軟硬件設備組成的系統(tǒng)稱為

5、慣性導航系統(tǒng)（INS,InertialNavigationSystem），簡稱慣導系統(tǒng)。1上海交通大學碩士學位論文第一章緒論慣性導航系統(tǒng)分為平臺式慣導系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)（SINS,StrapdownInertialNavigationSystem）兩類。平臺式慣導使用慣導平臺來模擬導航坐標系，而捷聯(lián)式慣導將加速度計和陀螺儀直接固連在載體上，慣導平臺的功能直接由計算機來完成。這不僅使系統(tǒng)的設計極大簡化，成本大幅降低，而且還具有以下優(yōu)點：第一，易于安裝和維護；第二，能夠提供更多的導航和制導信息；第三，慣性儀表便于采用余度配置，有利于提高系統(tǒng)的可靠性。慣性導航

6、系統(tǒng)的優(yōu)點是：（1）自主性強，它可以不依賴任何外界系統(tǒng)的支持，單獨進行導航。（2）不受環(huán)境、載體機動和無線電干擾的影響，可連續(xù)輸出包括基準在內(nèi)的全部導航參數(shù)，實時導航數(shù)據(jù)更新率高。（3）具備很好的短期精度和穩(wěn)定性。因為這些優(yōu)點，慣性導航系統(tǒng)在航空、航天、航海和許多民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應用，成為目前各種航行體上應用的一種主要導航設備。但其主要缺點是導航定位誤差隨時間增長，因而難以長時間獨立工作。解決這一問題的途徑有兩個，一個是提高慣導系統(tǒng)本身的精度，另一個是采用綜合導航技術(shù)。提高慣導系統(tǒng)的精度，主要依靠采用新材料、新工藝、新技術(shù)，提高慣性器件的精度，或是研

7、制新型高精度的慣性器件。實踐已經(jīng)證明，這些要花費很大的人力財力，且慣性器件精度的提高是有限的，而綜合導航主要是通過軟件技術(shù)來提高導航精度。實踐也證明，這是一種很有效的方法，因而綜合導航技術(shù)是目前導航技術(shù)發(fā)展的主要方向。1.1.3衛(wèi)星導航系統(tǒng)衛(wèi)星導航是天文導航與無線電導航的結(jié)合物，是繼慣性導航以后導航技術(shù)的[5]又一重大進展。在衛(wèi)星導航中，用戶通過測定其相對于衛(wèi)星的位置來確定自己的位置。屬于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的有第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)子午儀；1978年由法國國家空間研究中心、美國宇航局(NASA)和美國國家和海洋及大氣監(jiān)督局發(fā)展起來的多普勒衛(wèi)星系統(tǒng)(ARGOS)；19

8、85年由歐洲空間局(ESA)開發(fā)的多用途衛(wèi)星定位系統(tǒng)(NAVSAT