基于因子图的多源融合导航算法研究与实现

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现如今随着科学技术的不断前进与发展,对导航定位系统的要求也越来越高,传统的导航定位系统通常只在针对单一的特定环境下采用固定的导航传感器组合来进行多源融合导航定位,而在实际情况中会存在各种复杂多变的环境以及各种各样的任务需求,在某些特殊状况下,导航定位系统中的各传感器可能会受到不同程度上的抑制干扰或者产生各种故障,例如GPS信号很容易在有障碍物遮挡的环境中无法接收到,或是因外部抑制干扰从而导致GPS信号失效。为了解决上述问题,针对全源定位与导航技术的研究逐渐深入起来,该技术将多源融合导航系统作为基础,为多种导航传感器的融合提供统一的方法和框架。其中研究满足即插即用特性的多源融合导航算法对全源定位与导航技术的发展具有重要意义。本论文针对上述问题展开了相关的研究工作。第一,本论文针对组合导航系统原理做了详细研究,研究了常用参考坐标系以及如何对不同坐标系进行转换;研究了捷联惯性导航系统的力学编排原理;最后对INS、GNSS、CNS、DNS、RA、ADS导航传感器分别分析了其相关知识与误差模型。第二,本论文研究了因子图模型及其算法理论,介绍了因子图模型的相关概念定义以及因子图的和-积算法理论,然后针对因子图的最大后验估计算法做了相应分析,最后详细研究了因子图的增量平滑算法,为后文算法研究奠定理论基础。第三,本论文分析了INS/GNSS/CNS/DNS/RA/ADS组合导航系统的系统状态方程以及其系统量测方程,并通过因子图模型及算法理论研究,提出了一种基于因子图的多源融合导航算法,构建了其导航算法融合框架,并且采用融合-重置结构的联邦滤波算法与该算法进行仿真对比验证。仿真结果表明,在导航系统正常工作的情况下,两者所解算得到的导航数据精度相当,在同一量级上,但前者性能较优;但在导航系统某些传感器故障的情况下,基于因子图的多源融合导航算法性能明显优于联邦滤波算法,前者表现出可以灵活的即插即用特性。第四,本论文设计了一种全源导航系统算法研究验证仿真平台,该平台基于Qt软件开发工具进行设计实现,可适用于多种导航传感器的仿真验证以及多源信息融合导航算法的研究验证,并介绍了该仿真平台的总体设计、主要模块设计以及主要界面设计,最后对该仿真平台进行了测试验证。
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