本文關(guān)鍵詞：粒子濾波在無人機(jī)組合導(dǎo)航中的應(yīng)用研究

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【摘要】：如何通過信息融合手段提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、可靠性和效費(fèi)比,一直是無人機(jī)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。由微型機(jī)電系統(tǒng)慣性測量單元(MEMS inertial measurement unit,MIMU)、環(huán)球?qū)Ш降男l(wèi)星體系(global navigation satellite system,GNSS)的接收機(jī)和磁強(qiáng)計(jì)形成之無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng),具備體量較小,造價(jià)低,可觀之信息周備等優(yōu)勢,得到了較普遍之使用。由于這種系統(tǒng)的最優(yōu)估計(jì)問題本質(zhì)上是非線性、非高斯的,傳統(tǒng)的組合導(dǎo)航算法成為了導(dǎo)航的精度、可靠性進(jìn)一步提高的短板。如是,此文引入了一種改良的粒子濾波(PF)方式,開展了較深化之研究工作。主要內(nèi)容見下,介紹了普通的Kalman濾、廣義的Kalman濾波、無味的Kalman濾波以及容積Kalman濾波的原理和算法。通過將它們與粒子濾波在后驗(yàn)概率密度分布函數(shù)精確性方面的對比,本文明確了粒子濾波在面對非線性、非高斯局面時(shí)的優(yōu)越性。研究了慣性導(dǎo)航的力學(xué)編排,給出了GNSS、MIMU和磁強(qiáng)計(jì)的測量原理,推導(dǎo)了MIMU、GNSS和磁強(qiáng)計(jì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程。研究了粒子濾波難以直接應(yīng)用于組合導(dǎo)航的原因。并據(jù)之介紹了一般性的非線性Kalman濾波與粒子濾波結(jié)合的混合估計(jì)方式,及其不足。設(shè)計(jì)了一種新的混合粒子濾波算法。該方法以系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移分布作為重要性采樣的依據(jù),在重采樣的過程中按照重要性重采樣(SIR)淘汰退化的粒子并根據(jù)似然比和UKF濾波產(chǎn)生的導(dǎo)航參數(shù)及其協(xié)方差產(chǎn)生新粒子進(jìn)行替換,同時(shí)保障粒子的多樣性和有效性。不同于一般性的混合粒子濾波方式,新法不需通過要每枚粒子配備一個(gè)非線性Kalman濾波器來獲得推薦分布,極大的削減了計(jì)算之復(fù)雜度。通過典型的非高斯、非線性條件下的數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證算法性能。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 組合導(dǎo)航 粒子濾波 GNSS MIMU 磁強(qiáng)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第 1章 緒論9-15
• 1.1 課題的背景與研究意義9-10
• 1.2 相應(yīng)子導(dǎo)航之現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 MIMU導(dǎo)航之現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 GNSS導(dǎo)航之現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 磁強(qiáng)計(jì)導(dǎo)航之現(xiàn)狀12
• 1.3 組合導(dǎo)航算法的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容14-15
• 第 2章 濾波估計(jì)理論和組合導(dǎo)航建模15-35
• 2.1 濾波估計(jì)理論研究15-24
• 2.1.1 幾種最優(yōu)估計(jì)15-16
• 2.1.2 Kalman濾波的原理16-17
• 2.1.3 擴(kuò)展Kalman濾波的原理和算法17-18
• 2.1.4 無跡卡爾曼濾波的原理和算法18-20
• 2.1.5 容積卡爾曼濾波的原理和算法20-22
• 2.1.6 粒子濾波的原理、算法及其優(yōu)越性22-24
• 2.2 組合導(dǎo)航建模24-34
• 2.2.1 坐標(biāo)系和捷聯(lián)慣導(dǎo)24-27
• 2.2.2 MIMU的基本測量原理27-28
• 2.2.3 GNSS的基本測量原理28-29
• 2.2.4 磁強(qiáng)計(jì)的基本測量原理29-30
• 2.2.5 組合導(dǎo)航模型30-33
• 2.2.6 非高斯噪聲的存在33-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 第 3章 混合粒子濾波及其改進(jìn)35-43
• 3.1 UPF混合粒子濾波算法35-36
• 3.2 CPF混合粒子濾波算法36-38
• 3.3 粒子有效性和多樣性38-39
• 3.4 重采樣方法39-40
• 3.4.1 采樣重要性重采樣39
• 3.4.2 殘差重采樣法39-40
• 3.5 改進(jìn)的混合粒子濾波算法40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第 4章 改進(jìn)的混合粒子濾波算法的對比仿真試驗(yàn)43-55
• 4.1 改進(jìn)的混合粒子濾波算法在低維問題中的對比仿真試驗(yàn)43-44
• 4.2 改進(jìn)的粒子濾波算法在組合導(dǎo)航問題中的對比仿真試驗(yàn)44-54
• 4.2.1 仿真試驗(yàn)流程44-45
• 4.2.2 無人機(jī)軌跡發(fā)生45-47
• 4.2.3 無人機(jī)MIMU捷聯(lián)慣導(dǎo)模擬47-48
• 4.2.4 非線性組合導(dǎo)航過程模型和量測模型48-49
• 4.2.5 直線運(yùn)動仿真試驗(yàn)條件及結(jié)果49-51
• 4.2.6 圓周運(yùn)動仿真試驗(yàn)條件及結(jié)果51-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果59-61
• 致謝61-62
• 個(gè)人簡歷62

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張碩;寇艷紅;;GNSS模擬器中頻調(diào)制卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

2 孫紅星;唐衛(wèi)明;陳渠森;;GNSS/偽衛(wèi)星組合定位實(shí)現(xiàn)飛機(jī)高可靠性高精度進(jìn)場著陸導(dǎo)航[J];數(shù)字通信世界;2011年08期

3 秦紅磊;陳萬通;黃金;楊溶;金天;;不同信號體制對GNSS定姿性能影響的分析[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

4 顧勝;陳洪卿;曾亮;;基于北斗/GNSS精密時(shí)頻量值傳遞綜述[J];宇航計(jì)測技術(shù);2012年01期

5 萬瑋;陳秀萬;李國平;曾開祥;;GNSS-R遙感國內(nèi)外研究進(jìn)展[J];遙感信息;2012年03期

6 趙思浩;陸明泉;馮振明;;基于自適應(yīng)卡爾曼濾波的GNSS矢量鎖定環(huán)路[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

7 江波,莊瑞剛;GNSS的干擾探討[J];中國民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào);2001年03期

8 騰小霽;孫越強(qiáng);吳迪;陶鵬;;GNSS—R接收機(jī)信號捕獲算法設(shè)計(jì)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2010年10期

9 李曉;周玉霞;;GNSS在國際民航組織中的標(biāo)準(zhǔn)化工作綜述[J];航天標(biāo)準(zhǔn)化;2012年04期

10 陳坡;孫付平;李海峰;周本才;;GNSS中頻信號模擬與實(shí)現(xiàn)[J];山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 程和琴;趙建虎;陳永平;劉敏;惲才興;;基于GNSS的河口三角洲地區(qū)城市水患致災(zāi)預(yù)警研究進(jìn)展[A];第四屆“測繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇”論文精選[C];2012年

2 CHEN Zheng-sheng;LU Zhi-ping;CUI Yang;WANG Yu-pu;;The Design and Implementation of GNSS Data Services Based on SOA[A];第四屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S1 北斗/GNSS導(dǎo)航應(yīng)用[C];2013年

3 Qianxin Wang;Yamin Dang;Tianhe Xu;;The Method of Earth Rotation Parameter Determination Using GNSS Observations and Precision Analysis[A];第四屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S1 北斗/GNSS導(dǎo)航應(yīng)用[C];2013年

4 焦海松;楊海強(qiáng);王博;稅利;關(guān)興來;王延停;;GNSS授時(shí)設(shè)備受電磁干擾的影響與分析[A];第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S4 原子鐘技術(shù)與時(shí)頻系統(tǒng)[C];2014年

5 Xia Jinchao;Tang Geshi;Li Xie;Cui Hongzheng;Cao Jianfeng;Song Baiyan;;Orbit Validation with satellite laser ranging data on GNSS satellite orbit[A];第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S3 精密定軌與精密定位[C];2014年

6 ;SHA: the GNSS Analysis Center at SHAO[A];第三屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會電子文集——S03精密定軌與精密定位[C];2012年

7 薄萬舉;;GNSS垂向分量用于地殼動態(tài)形變的研究[A];中國地震學(xué)會第14次學(xué)術(shù)大會專題[C];2012年

8 Wang Yao;Yu Baoguo;;A Research of GNSS RF Interference Assessment Method[A];第四屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S2 衛(wèi)星導(dǎo)航信號體制及兼容與互操作[C];2013年

9 白偉華;孫越強(qiáng);朱光武;杜起飛;陶鵬;吳迪;李偉;;利用岸基GNSS-R信號反演湖面高度[A];第一屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集（下）[C];2010年

10 Junping Chen;Yize Zhang;Yibing Xie;Weijie Tan;Sainan Yang;Bin Wu;;Latest GNSS results of the CMONOC network and its application in earthquake monitoring[A];第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S8 衛(wèi)星導(dǎo)航模型與方法[C];2014年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王娜;我GNSS技術(shù)打破國外壟斷[N];科技日報(bào);2007年

2 陶渝;重慶建成國土資源GNSS網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)[N];中國測繪報(bào);2011年

3 記者 謝必如　特約記者 白文起 通訊員 陶渝;重慶建成國土資源GNSS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[N];中國國土資源報(bào);2011年

4 甘勃;“天眼”邁進(jìn)GNSS時(shí)代[N];大眾科技報(bào);2007年

5 王巖;包頭用GNSS管理市政布局[N];中國建設(shè)報(bào);2010年

6 王立彬;中國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),奪下千萬美元大單[N];新華每日電訊;2007年

7 通訊員 彭祥榮;“陸態(tài)網(wǎng)”民勤GNSS基準(zhǔn)站投入試運(yùn)行[N];中國氣象報(bào);2010年

8 記者 裴蕾;測繪氣象共建GNSS基準(zhǔn)站[N];四川日報(bào);2010年

9 王雅麗;實(shí)施國際化戰(zhàn)略[N];中國測繪報(bào);2010年

10 駐站記者 李云飛　通訊員 田鵬程;中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)阿魯科爾沁GNSS基準(zhǔn)站投入試運(yùn)行[N];赤峰日報(bào);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 原野;基于GNSS和陸基測量的外彈道數(shù)據(jù)事后融合方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

2 王勇松;高靈敏度GNSS關(guān)鍵接收技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

3 孫劍;GNSS-R海洋反射接收機(jī)的控制設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2010年

4 騰小霽;GNSS-R海洋反射接收機(jī)信號跟蹤模塊設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2010年

5 王悅;GNSS高靈敏度接收機(jī)解算技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2011年

6 賀瑞;高動態(tài)GNSS接收機(jī)跟蹤技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

7 呂新知;GNSS接收機(jī)與慣導(dǎo)深耦合技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

8 王彩燕;高靈敏GNSS信號捕獲跟蹤實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D];河北科技大學(xué);2014年

9 劉思睿;GNSS接收機(jī)性能綜合測試技術(shù)研究[D];北京化工大學(xué);2013年

10 李杰;多模多頻GNSS接收機(jī)射頻前端芯片系統(tǒng)級設(shè)計(jì)[D];上海交通大學(xué);2009年

，

本文編號：912065