基于光電掃描和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的室內(nèi)組合導(dǎo)航定位算法研究.pdf

1、基于光電掃描和基于光電掃描和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的室內(nèi)室內(nèi)組合組合導(dǎo)航導(dǎo)航定位定位算法研究算法研究ResearchonIndoIntegratedNavigationLocalizationAlgithmBasedonPhotoelectricScanningStrapdownInertialNavigationSystem學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：王姣指導(dǎo)教師：葉聲華教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一六年十二月I摘

2、要車間測(cè)量定位系統(tǒng)（wMPS：wkshopMeasuringPositioningSystem）作為一種分布式的大尺寸空間坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，因其高精度，多任務(wù)等特性，已在航空航天等大型裝備制造及安裝領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，對(duì)于wMPS靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量的精度、性能已有一定的研究，然而，當(dāng)wMPS對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量或?qū)Ш綍r(shí)，其性能受限于較低的測(cè)量數(shù)據(jù)更新率。另外，作為一類光電測(cè)量設(shè)備，當(dāng)工廠環(huán)境比較復(fù)雜時(shí)，wMPS發(fā)射站與接收器之間

3、的光路極易被遮擋，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無(wú)法更新。因此，當(dāng)對(duì)快速移動(dòng)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量時(shí)，wMPS無(wú)法滿足測(cè)量要求。為了提高wMPS的動(dòng)態(tài)測(cè)量性能，本文引入捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（SINS），利用慣性器件高度自主性及高測(cè)量率等特性，與wMPS構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)完成室內(nèi)環(huán)境下的動(dòng)態(tài)測(cè)量任務(wù)。本文針對(duì)室內(nèi)環(huán)境下如何對(duì)wMPS動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行建模、應(yīng)用卡爾曼濾波融合wMPS和SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等問(wèn)題開(kāi)展了較為深入地研究，本文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：1.詳細(xì)

4、推導(dǎo)了適用于室內(nèi)環(huán)境下的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差模型，包括速度誤差方程、位置誤差方程以及姿態(tài)誤差方程；闡述了擴(kuò)展卡爾曼濾波如何應(yīng)用在wMPS動(dòng)態(tài)測(cè)量中、線性卡爾曼濾波以及無(wú)跡卡爾曼濾波在wMPS和SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)方法。2.對(duì)wMPS動(dòng)態(tài)誤差來(lái)源進(jìn)行了分析，從原理上分析了wMPS發(fā)射站轉(zhuǎn)速，發(fā)射站距運(yùn)載體的距離以及運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)速度對(duì)wMPS動(dòng)態(tài)誤差的影響，利用Matlab仿真計(jì)算wMPS發(fā)射站轉(zhuǎn)速以及運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量誤

5、差的大?。桓鶕?jù)導(dǎo)軌勻速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用ARMA模型對(duì)wMPS動(dòng)態(tài)誤差建模，建立了wMPS的位置誤差方程和速度誤差方程。3.根據(jù)實(shí)際的陀螺儀和加速度計(jì)參數(shù)仿真SINS的測(cè)量軌跡，根據(jù)wMPS動(dòng)態(tài)誤差模型仿真wMPS的測(cè)量軌跡，利用Matlab仿真驗(yàn)證了基于間接法的線性卡爾曼濾波和無(wú)跡卡爾曼濾波在wMPS和SINS室內(nèi)組合導(dǎo)航中的可行性，并根據(jù)導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了卡爾曼濾波算法可以提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)量精度。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的多系統(tǒng)時(shí)間