基于地籍测量过程的惯性定位技术研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:gloriayue
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卫星定位、全站仪等多技术相结合的常规测量方法普遍存在着环境依赖度高及低效率等缺陷。本文利用实际地籍测量过程低动态和“随停随测随走”的特点,将对环境依赖度低、抗干扰能力强、结构简单易维护且自主性强的捷联惯性定位技术应用于地籍测量。针对捷联惯性测量系统误差累积的问题,提出充分利用地籍测量过程中的各种特殊测量点,结合引入的H2/H∞滤波和UKF-KF滤波方法,对捷联惯性测量系统的系统误差和惯性传感器误差进行估计和补偿,进而获得地籍测量待测点的高精度定位信息。本文的主要研究工作包括以下三个方面:1、阐述了捷联惯性测量系统在地籍测量中应用的基本原理。对捷联惯性测量系统在纯惯性工作状态下的定位性能进行分析;结合行进间测量过程中系统运动的特点,对用于捷联惯性测量系统姿态解算的四元数微分方程计算方法进行改进,给出了不同的四元数更新算法对系统最终定位性能的影响;推导了捷联惯性测量系统的误差方程。2、对特殊测量点在地籍测量中的使用策略进行了研究。详细推导了捷联惯性测量系统在各特殊测量点处的系统状态方程和观测方程;在建立捷联惯性测量系统数学模型基础上,采用基于奇异值分解的可观测度分析方法对不同特殊测量点处系统状态量的可观测情况进行分析;利用卡尔曼滤波算法对不同特殊测量点处系统状态的估计效果进行数学仿真验证;结合可观测性分析结论和卡尔曼滤波仿真结果,给出了特殊测量点在地籍测量中的使用策略。3、对H2/H∞滤波和UKF-KF滤波在地籍测量中的应用进行了研究。针对标准卡尔曼滤波方法在系统模型精确性差或者系统噪声统计特性未知时,存在估计精度下降甚至出现滤波发散,难以满足地籍测量高精度定位要求的问题,引入了一种基于非线性映射的估计加权H2/H∞滤波算法,并以零速修正点为例对其在地籍测量中应用的适用性进行了验证;结合地籍测量的实际情况,为提高测量工作效率,建立了位置已知点处非线性误差模型,并对模型进行了适当简化,针对常规UKF滤波方法存在计算量较大的问题,基于混合动态滤波思想,引入UKF-KF滤波方法进行位置已知点处系统状态的估计和补偿。通过数学仿真实验和半物理仿真实验,验证了本文给出的特殊测量点使用策略及地籍测量实用滤波方法是正确、有效的。
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