大学学报有关本科论文开题报告,关于一种新型GPS/DR组合导航系统相关在职研究生毕业论文范文

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摘 要： 利用三个陀螺仪和一个里程计提出一种新型GPS/DR组合导航系统.首先推导了这种组合导航系统的状态方程,然后给出了松组合方式的滤波方程.最后用实测算例对这种新型组合导航系统进行了验证,结果表明,相比于SINS系统、传统的DR系统,这种DR系统在车载系统应用中具有更好的优势；而且这种组合导航系统能够很好地提高单一导航系统的导航精度.

关 键 词 ： GPS； DR； GPS/DR 组合导航；Kalman滤波

中图分类号： TN96634 文献标识码： A 文章编号： 1004373X（2014）13013603

A new GPS/DR integrated navigation system

YIN Luming, ZHANG Zhiheng, ZHANG Xiaopeng

（Beijing Global Information Center of Application and Exploitation, Beijing 100094, China）

Abstract： In this paper, a new GPS/DR integrated navigation system consisting of three gyros and one odometer is presented. The state equation of this integrated navigation system is deduced. The filtering equation of the loose integration mode of this new GPS/DR system is given. The new GPS/DR integrated navigation system was verified by actual calculation. The result shows that the new DR system has more superior than SINS system and traditional DR system, and this new GPS/DR integrated navigation system can improve the navigation accuracy the simplex navigation system.

Keywords： GPS； DR； GPS/DR integrated navigation； Kalman filtering

航位推算（DeadReckoning,DR）和全球定位系统（GPS）是目前在陆地车辆导航系统中最常用的两种定位技术.但低成本DR系统定位误差随时间累积,不能单独、长时间地使用[13].而当GPS卫星信号受到遮挡时,又无法给出定位解或者定位精度很差.由此可见,单独的DR、GPS系统均不能提供车辆导航所需的精确、连续、可靠的定位导航信息.通过组合导航技术,可以将上述两种具有很强互补性的导航系统有机结合起来,构成GPS/DR组合导航系统[46].以往的DR系统可以是由一个陀螺仪和一个里程计或者一个加速度计组成的一种二维系统,也可以是SINS系统.本文提出一种新型DR系统,由三个低成本陀螺仪和一个里程计组成,它既不同于传统的DR系统也不同于惯性导航系统（SINS）.传统的DR系统缺少高程信息,因此导航精度不高；而SINS需要安装三个加速度计来测量比力,增加了设备的成本.

1.新型GPS/DR系统状态方程

以地固坐标系为导航坐标系,系统状态参数13维,分别为载体的位置（3维）、速度（3维）、姿态（3维）、陀螺漂移（3维）以及里程计刻度因子误差（1维）[4,7].则系统状态方程为[7]：

[Xk等于Fk,k-1Xk+GkWk] （1）

其中：[Xk等于（δxδyδzδxδyδzφxφyφzεxεyεzk）T；][Fk,k-1]为连续系统的状态转移矩阵：

[Fk,k-1等于03×3I3×3a13×3a23×303×3a33×303×3a43×301×1a53×303×303×3-ΩeieReb01×103×303×303×3Tg03×303×303×303×303×3Tk,][I3×3]为单位阵,[Ωeie]为[00ωeT]的反对称阵,[Ωeie等于0-ωe0ωe00000],[ωe]是地球旋转角速度,[Reb]是载体坐标系向地固坐标系的旋转矩阵,[Tg],[Tk]分别为陀螺仪和里程计误差的相关事件.从[Fk,k-1]的表达式可以看出,与GPS/INS的状态方程类似,但因为加速度计换成里程计,与速度有关的系数不同,这里暂时用[a]代替,下面再做讨论.[Gk]为系统的动态噪声矩阵；[Wk]为系统的过程白噪声矢量.

将上式离散化简写可得：

[Xk等于Φk,k-1Xk-1+wk] （2）

式中：[Xk,][Xk-1]分别为[k]和[k-1]历元的状态向量；[wk]为动力学模型噪声向量,其协方差阵为[Σwk；][Φk,k-1]为离散后的状态转移矩阵.

一般来说,GPS/INS组合导航的时间间隔比较短,状态转换矩阵可依据下式得到：

[Φk,k-1等于exp（Fk,k-1Δt）≈1+Fk,k-1Δt] （3）

下面讨论[Φk,k-1]阵中与速度有关的系数.

载体坐标系中,由里程计可以得到载体的瞬时速度[Vb等于（0v0）T,]转换成地固坐标系的速度为：

[Ve等于RebVb] （4）

对上式微分：

[δVe等于δRebVb+RebδVb等于ΩRebVb+RebδVb等于ΩVe+RebδVb等于-Ωeε+R12vR22vR32vk] （5） 式中[Ωe]是[Ve]的反对称阵,[Ωe等于0-vezveyvez0-vex-veyvex0].

2.新型GPS/DR系统观测方程

三个陀螺仪和一个里程计组成的DR系统力学编排与INS系统类似,计算坐标转换矩阵[Reb]的过程完全一致,这里就不详细介绍,见参考文献[7].这里主要介绍由载体速度计算载体在地固坐标系中的位置和速度：

[VDR,