基于inswmps的室内组合导航系统对准方法研究

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1、基于INS/wMPS的室内组合导航系统对准方法研究ResearchonInitialAlignmentofIndoorIn-tegratedNavigationSystemwithInertialNavigationSystemandWorkspaceMeas-urementPositioningSystem学科专业：仪器科学与技术研究生：洪天琦指导教师：叶声华教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月中文摘要目前室内组合导航技术开始广泛用于工业场合，利用不同导航原理的系统同时对移动设备进行导航定位，通过融合输出信息对移

2、动设备实际位姿做出最优估计。对于组合式导航，子系统间的对准是最终信息融合的前提，如何将不同的子系统导航基准统一成为组合导航系统稳定工作的关键。本文针对组合导航子系统间对准问题展开研究，介绍了一种基于INS/wMPS的室内组合导航系统对准方法。该对准方法将INS与wMPS导航基准统一，有效地实现了室内工作空间移动设备导航定位，避免子系统单独工作的局限性，综合性能更优。文章介绍了组合导航系统导航原理，并推导了速度、位置解算方程。定义了系统全局导航坐标系，设计了两类对准方法求解惯性导航系统坐标系与工作空间测量定位坐标系之间的转换关系。实

3、验结果表明，两类对准方法均能够有效求得姿态矩阵，对准角精度最高为0.25°，定位相对误差约为4%，能够满足工业现场对移动设备导航定位的精度需求。本文的研究工作主要包括：1.调研了目前室内环境下组合导航系统对准方法的研究现状，分析了几种室内组合导航系统坐标系间姿态转换关系的求解方法，总结了物理映射与数学映射两类方法的特点以及适用场合。2.基于新型INS/wMPS室内组合导航系统实现方案，详细介绍了INS系统和wMPS的定位原理，推导了组合导航过程，阐述了通过求解INS导航坐标系与wMPS坐标系之间转换关系实现基准统一的对准思路。3.

4、围绕INS/wMPS组合导航系统的对准问题，介绍了两类对准方法，包括基于旋转拟合轴线求取夹角余弦的物理映射方法和基于求解矩阵约束方程的数学映射方法，详细阐述了每种方法的原理、求解过程以及优缺点。4.搭建实验平台，验证每一类对准方法的对准效果，并对系统误差进行分析和仿真，讨论了对准方法的改进方向。子系统对准方法实现了组合导航系统稳定工作，为现代化工业提供了快速、智能、精准的导航工具，有着广泛的应用前景。关键词：室内组合导航对准方法惯性导航光电扫描测量转换矩阵ABSTRACTNowadaysindoorintegratednaviga

5、tiontechnologyhasbeenwidelyusedinindus-trialapplications,wheredifferentnavigationsystemscollaboratetocompletenaviga-tionandpositioningmissionformobiledevicesandtheoptimalestimationoftheac-tualposeofmobiledevicesismadebyfusingtheoutputinformation.Forintegratednavigatio

6、nsystems,thealignmentbetweendifferentsubsystemsisthepremiseoffi-nalinformationfusion,andhowtocombinedifferentsubsystemsisthekeytothesta-bleoperation.Inthisthesis,thealignmentproblemoftheintegratednavigationsubsystemisstudiedandanindoorintegratednavigationmethodbasedon

7、thecombinationofiner-tialnavigationsystemandworkspacemeasurementpositioningsystemisproposed.Thebenchmarkofinertialnavigationsystemandworkspacemeasurementposi-tioningsystemisunifiedbythealignmentmethod,andthenavigationandpositioningofindoorworkspacemobiledevicesisreali

8、zedeffectively.Thenavigationperfor-manceoftheintegratedsystemisbetterthanthatofanysinglesubsystem.Inthisthesis,navigationpri