基于卫星-惯导的组合导航的定位方法研究

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从航海时代开始定位导航设备便成为了人类探索世界必不可少的工具,尤其进入5G数字化信息时代后,这种需求愈加迫切。GPS全球定位系统、北斗卫星均能提供完善的室外定位导航服务,但对于外部环境的依赖性较强;惯性导航系统是一种通过惯性系统测量载体的比力和角速度的自主性导航系统,受环境影响较小,但累积误差大。基于以上因素,本文采用卫星-惯导的组合导航方式,取长补短从而获得性能更好、精度更高的定位效果。目前卫星-惯导组合导航中,通常采用紧组合模型来优化卫星/惯导等各导航定位模块之间的关系,然而该模型得到的是非劣解集,各定位模块独自工作、互不干涉,不能体现各模块主体之间的交互作用,导致形成的定位方案效率较低。因此本文采取合作演化博弈模型,突破多目标优化决策的效率,在兼顾个体理性的基础上实现总体效益的优化,克服传统组合导航定位方法中各定位主体耦合度较低、计算压力大的问题。本文针对卫星信号短暂性失锁及惯导系统长时间工作累积误差等情况,搭建复杂环境下卫星-惯导的组合导航合作演化博弈模型,并通过数值仿真分析不同环境系数变化对系统演化的影响,利用演化博弈方法根据环境系数采用不同的策略来提升导航数据质量、加快数据收敛速度,能够达到性能最优的效果,同时搭建了软、硬件系统平台进行性能测试。本文紧紧围绕基于卫星-惯导组合导航的定位方法研究,做了如下工作:(1)深入研究了组合导航的国内外现状以及演化博弈原理和算法,改进了演化博弈模型并应用于卫星——惯导组合导航系统中,同时进行了组合导航的误差分析;(2)针对卫星-惯导的组合导航系统存在的问题设计解决方案和搭建演化系统系统模型,并且进行方案的可行性分析和演化过程中影响因素的数值仿真及分析;(3)进一步探讨本系统的软硬件系统平台设计,整个系统按照功能划分为四个单元:测量单元、数据处理单元、调试单元和用户单元。硬件方面对系统的各个模块的原理等内容做了充分说明,并对相关电路接口进行了设计;软件方面实现了数据采集及解算、数据预处理、演化策略抉择、数据传输及调试、用户终端显示功能。最后评估该系统平台的实际性能情况,展开了三个独立的实验。实验结果均证明本系统的导航解算方法使两者根据外界环境的变化,智能地采取不同的组合导航方式,使得系统输出更加稳定,而且位置和角度误差一旦发散就迅速收敛且收敛到稳定、可接收的精度范围,满足和适用于长时间的导航需求。本文的工作对于组合导航的定位方法研究具有一定的借鉴意义。
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