便携式移动机器人INS/GPS组合导航系统研究

基于捷联惯导系统（INS）与全球定位系统（GPS）定位技术的发展以及机器人导航的需要，本文对INS与GPS的组合导航系统进行了研究。捷联惯导系统与GPS导航各有优缺点，具有互补性，文中将两者结合形成了更加准确可靠的定位系统。本文首先介绍了捷联惯导系统和全球定位系统，并对捷联惯导和GPS的误差作了详细的分析，建立了误差模型。文中应用动力学误差方程建立了九状态INS/GPS综合卡尔曼滤波方程。提出了一种以位置、速度、姿态DCM的误差为状态量，以GPS和INS的位置差作为观测量的INS/GPS组合导航系统的滤波算法，并将该技术应用于机器人的定位导航。仿真实验表明，该算法可有效提高系统导航参数的估计精度。本文分五章对该课题进行了研究。第一章是引言，介绍了课题的研究背景、意义，国内外的研究现状和本文的主要工作；第二章介绍了惯性传感器和GPS接收器的原理和特性；第三章介绍了捷联惯导系统相关的理论知识，包括姿态角的解算，算法具体内容和误差分析，并对捷联惯导系统进行了仿真试验；第四章介绍了Kalman滤波的相关知识并详细介绍了INS/GPS组合导航系统；第五章对INS/GPS组合导航系统的九状态卡尔曼滤波算法进行了仿真，并对试验结果进行了详细的分析。从仿真结果可知，组合导航系统大大的提高了系统的精度，克服了纯惯导系统的缺点。