基于里程计的车载激光惯组组合导航系统研究

作     者：舒进 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙金海

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0826[工学-兵器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：捷联惯导系统 里程计 航位推算 卡尔曼滤波 组合导航 跑车试验 

摘      要：在现代化战争中,能够实时获取作战车辆的姿态、速度和位置等定位信息可以极大提升我军的作战能力,车载定位定向系统正是具备这些特点成为陆用装备研究的重点,其也是一种军民两用系统,广泛应用于军队作战和人民日常出行中。捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)因其自主性和抗干扰能力强的特性成为车载定位定向系统的首选。 全球定位系统(Global Position System,GPS)定位精度高且无误差积累,但其信号易受干扰而失去定位能力;航位推算系统(Dead Reckoning,DR)在短时间内能够提供高精度的定位,然而随着时间的推移,定位误差会逐渐增大,通常会采用组合导航的方式来提高其性能。为满足作战时自主性和隐蔽性的要求,提高导航系统的精度和可靠性,本文在深入研究陆用车载定位定向系统之后,致力于设计一套完全自主可靠且定位定向精度较高的车载捷联惯导/里程计/高程计(Strapdown Inertial Navigation System/Odometer/Altimeter,SINS/OD/Altimeter)组合导航系统。具体的工作内容如下: 为了提高系统的定位定向精度,本文对车载捷联惯导/里程计/高程计组合导航系统的原理进行研究,对捷联惯导的数字递推算法进行推导,并完成SINS/OD/Altimeter组合导航系统误差以及航位推算原理的分析。在此基础上研究了晃动基座粗对准和“二位置精对准算法,提高系统的定向精度;提出了一套里程计在线标定方法并进行仿真验证,仿真结果表明该方法能对里程计刻度因子和惯导安装误差有效标定,并基于惯性系卡尔曼滤波(Kalman Filtering)算法,设计了组合导航系统滤波器,提高系统的定位精度。 本课题给出了车载激光惯组组合导航系统总体设计方案,根据设计方案对关键元器件进行选型并完成硬件电路设计,结合性能要求完成软件方案设计,在完成软硬件设计之后,搭建起SINS/OD/Altimeter组合导航系统平台并研制出了一套车载激光惯组组合导航系统试验样机并进行试验验证。在跑车试验之前,需先对里程计进行标定,再通过室内寻北定向实验和户外跑车定位试验对系统的性能进行验证。最终系统性能达到了寻北时间小于5min,寻北精度优于2′(3σ),水平定位精度(CEP)小于0.1%D的水平(其中D为载车的行驶里程)。