基于GPS和MEMS的飞机导航系统算法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）基于GPS和MEMS的飞机导航系统算法研究硕士研究生：朱恒阳指导教师：赵琳教授企业导师：王萍高级工程师工程领域：控制工程论文主审人：黄卫权教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）基于GPS和MEMS的飞机导航系统算法研究硕士研究生：朱恒阳指导教师：赵琳教授学位级别：工程硕士学科、专业：控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex：U.D.C：ADissert

2、ationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）ResearchonNavigationSystemAlgorithmofAircraftBasedonGPSandMEMSCandidate：ZhuHengyangSupervisor：Prof.ZhaoLinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringEngineeringField：ControlEngineeringDateofSubmission：May.,2018DateofOralEx

3、amination：Jun.,2018University：HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有

4、关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日基于GPS

5、和MEMS的飞机导航系统算法研究摘要随着信息和导航技术的发展，实时准确地掌握载体的运动信息变得尤为重要。载体的姿态信息（偏航、俯仰、横滚）在航空航天中的飞行器件、在海上航行的轮船、以及在陆地上行驶的汽车等中都是重要的输出参数之一。如何准确地获得运动载体的姿态信息也是研究领域的一大热点。论文以MEMS/GPS组合测姿系统为研究对象，研究重点包括组合导航算法和组合导航过程中数据融合算法两部分。本文的研究内容如下：1、阐述了SINS、GPS和SINS/GPS组合导航系统的基本工作原理。针对SINS，详细推导了在当地地理坐标系下的解算过程，并基于欧拉平台误差角建立

6、了当地地理坐标系下的误差方程；针对GPS，介绍了其定位测速的基本原理，并对GPS定位系统误差进行了细致、深入的分析。最后分析了现有的MEMS/GPS组合导航系统的组合方式以及校正方式。2、设计了MEMS/GPS组合导航的总体测姿方案，提出了三种不同的测姿方案。给出了相应测量姿态方法的状态方程和量测方程的具体形式，同时利用Matlab完成了算法验证。针对单独MEMS系统姿态随时间发散的问题，提出采用MEMS和GPS松组合导航的方法。但是采用松组合输出校正方案不仅姿态收敛慢，而且时间长了容易发散；针对松组合输出姿态收敛慢容易发散的问题，提出了反馈校正的方法。该

7、方法通过四元数实现对姿态信息的反馈，虽然能保证系统长时间不发散，但是系统收敛慢，不适合无人机快速启动的特点；针对松组合反馈校正姿态收敛慢的问题，提出了基于单天线原理的MEMS/GPS组合导航方案。该方案不仅能保证系统长时间不发散，也能使系统快速收敛；针对可见星不足时组合导航不能正常工作的问题，提出了紧组合的方案，很好地解决了GPS可见星不足时系统不能正常工作的问题。3、针对R值较小时，Sage-Husa自适应卡尔曼滤波发散的问题，引入变分贝叶斯自适应卡尔曼滤波。该方法在量测噪声R未知的情况下，滤波精度高于经典卡尔曼滤波和Sage-Husa自适应卡尔曼滤波的

8、精度，且其不受量测噪声R急剧变小的影响。4、针对之前MEMS/GP