地形辅助导航算法研究与实现-测试计量技术及仪器专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 A Dissertation Submitted to PLA Information Engineering University for the Degree of Master of Engineering Research and Implementation of Terrain Aided Navigation Algorithms Candidate： Cheng Chuan-qi Supervisor： Prof. Hao Xiang-yang Apr. 2015 万方数据 万方数据 原创性声明 本人声明所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写 过的研究成果，也不包含为获得信息工程大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并标示谢 意。 学位论文题目： 地形辅助导航算法研究与实现 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 作者指导教师签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权信息工程大学 可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借 阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址学位论文在解密后适用本授权书。） 学位论文题目： 地形辅助导航算法研究与实现 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 作者指导教师签名： 日期： 年 月 日 必威体育官网网址级别： 必威体育官网网址年限： 年 月至 年 月 摘 要 地形辅助导航是利用地形高度特征进行精确定位的导航方式，具有自主、隐蔽、全天 候、导航定位精度与航程无关等优点，是军事导航领域的一个重点研究方向。其中，地形 辅助导航算法是实现地形辅助导航系统的关键技术。论文针对地形辅助导航算法，从理论 和实践两方面开展了一系列的研究工作。 论文的主要工作和创新点如下： （1）研究了当地导航坐标系下的捷联式惯性导航算法，重点分析了惯性导航的等效 旋转矢量算法；分析了 SINS 的主要误差源，严密推导了当地导航坐标系下的惯导误差方 程；构建了载体动力学运动状态模型，开发了轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块，编程实 现了捷联式惯性导航系统仿真；使用自编软件对惯导数据进行了纯惯性导航解算，仿真结 果符合战术级惯导的精度指标。 （2）研究了基于相关匹配原理的地形辅助导航算法，根据惯导短时精度高的特性提 出了一种改进的基准子图获取方法，克服了 TERCOM 定位时要求载体不能灵活机动的缺 陷；针对 TERCOM 计算量大、不能满足实时性要求的缺陷，提出了一种改进的加速算法； 设计实验对算法性能进行了验证分析，结果表明：改进的 MAD 算法定位精度与传统 MAD 算法精度相当，且在定位时允许载体机动，能够减少冗余计算量，提高了算法实时性。 （3）研究了基于递推卡尔曼滤波原理的地形辅助导航算法。基于扩展卡尔曼滤波理 论，推导了 SITAN 滤波模型；针对 SITAN 滤波易发散的缺点，提出了一种 TAN/SINS 位 置松组合导航算法；引入了基于相对位移和基于新息统计量的鲁棒检测算法，削弱了相关 匹配“虚定位”带来的滤波异常问题；设计实验对 SITAN 算法、TAN/SINS 位置松组合算 法以及鲁棒检测算法进行了解算对比、分析，结果表明鲁棒组合算法既可以有效削弱惯导 误差累积的问题，又能抵御异常值（“误匹配”），提供连续、高频率的导航参数。 （4）开发了地形辅助导航系统实验平台，交互式的界面使得该平台能够高效、方便 地实现数据仿真、惯导解算以及各种辅助导航模式的组合解算，便于各种地形辅助导航算 法的验证分析。 关键字：地形辅助导航，惯性导航，相关匹配，卡尔曼滤波，松组合，鲁棒检测 第 I 页 第 II 页 Abstract Terrain aided navigation (TAN) is the technique of using terrain features to produce highly precise positioning navigation, which have advantages such as autonomous, covert, all-weather, and navigation accuracy has nothing to do with the range, and therefore is a key research direction in the field of mili