文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
GPS/惯性紧组合导航系统研究
姓名:袁俊刚
申请学位级别:硕士
专业:精密仪器及机械
指导教师:范胜林
2011-01
南京航空航天大学硕士论文
摘要
全球定位系统(GPS)与惯性导航系统(INS)是目前两种主要的导航定位系统,二者具有良好
的信息互补性,因此 GPS/惯性组合导航系统具有优良的性能。通过深层次的信息融合技术可以
进一步提高组合导航系统的精度和可靠性。本文主要对 GPS/惯性组合导航系统方法、组合导航
数据融合技术以及惯性辅助的 GPS 接收机相关技术进行了分析和研究。
论文首先对组合导航系统的背景及发展历程作了简要的概述。为了全面评估所设计组合导
航系统的性能及其数据融合算法的正确性,建立了惯性测量元件和组合系统的数学模型,并对
相应模型进行了仿真验证,设计了组合系统的整体仿真流程,为后续的系统仿真做好前期准备。
针对 GPS/惯性伪距、伪距率紧组合导航系统中的非线性模型,传统卡尔曼滤波算法不能直
接对其处理的问题,结合 RBPF 思想,根据 GPS/惯性组合导航系统原理,对传统的组合导航滤
波算法作了优化,研究和分析了卡尔曼/粒子组合滤波在 GPS/惯性伪距、伪距率紧组合导航系
统中的应用。
为了提高 GPS 接收机在复杂环境下的综合性能,本文接下来对基于惯性辅助的 GPS 信号
捕获技术作了相关的研究与分析,从 GPS 信号捕获原理展开,着重阐述了惯性辅助下的 GPS
接收机信号捕获的特性与方法,并对惯性辅助 GPS 接收机的捕获与常规捕获方法进行了对比仿
真验证与分析,论文的最后对 GPS 跟踪环路特性进行了相关分析,系统研究了基于惯性辅助
GPS 跟踪环路的 GPS/惯性超紧组合导航系统,结合载体的高动态环境,对超紧组合系统的导航
性能进行了相关仿真验证与分析。

关键词:组合导航,GPS 接收机,INS,粒子滤波,信息融合,超紧组合
I
GPS/惯性紧组合导航系统研究
ABSTRACT
GPS and INS are the two main types of navigation system currently, they plement each
other very well, which make GPS/INS integrated navigation system have an excellent navigation
performance. The accuracy and reliability of the system can be improved further bining GPS
and INS raw measuring information. In this paper, the main research lays emphasis on GPS/INS
tightly coupling navigation method, data fusion technology and the GPS receiver with INS aiding.
Firstly, the dissertation gives a brief overview on the background and the development of the
integrated navigation system. For prehensive evaluation of the navigation performance of the
integrated system, the mathematical models of IMU and integrated navigation system are designed
and simulated. To prepare for system simulation, the process of digital simulation is designed as well.
In tightly integrated navigation system based on pseudo-range and pseudo-range rate, there exists
nonlinear model which the traditional Kalman Filter can not treat it directly. To solve this problem, the
traditional filter algorithm is optimiz