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惯性导航系统(INS)短期精度较高,但导航误差随时间不断积累,因此需要和其他导航方式构成组合导航系统。全球导航卫星系统(GNSS)和INS构成GNSS/INS组合导航系统目前使用广泛,但容易受到外界干扰等诸多因素影响无法正常接收卫星信号,因而研究其他组合导航方式具有重要意义。 地磁导航利用固有的地磁场矢量,具有自主性强、隐蔽性好、全天候、全地域、不存在积累误差等优点,可以作为备用导航系统与INS构成惯性/地磁组合导航系统确定载体位置信息,改善单一INS的缺陷。本文针对惯性/地磁组合导航系统相关技术展开研究,具体内容安排如下: 分析了地磁场各要素及其分布特性,介绍了地球磁场模型和惯性导航基本原理,并建立了惯性导航系统误差模型,为惯性/地磁组合导航滤波器的构建及仿真奠定基础。 分析了三轴磁传感器测量过程中的误差来源,建立了磁传感器标定与误差补偿的参数化数学模型。通过建立INS与载体干扰的磁场动态特性曲线,分析了在不同状态时进行磁传感器标定与误差补偿的必要性。针对传统椭球拟合方法计算时间过长和误差较大等问题,给出了一种基于迭代算法的三轴磁传感器标定与误差补偿算法。 实际测量不同铁磁干扰环境下的磁场数据,对传感器进行标定与误差补偿,得到精确的地磁场数据,验证了迭代算法的可行性。通过车载实验采集车辆运行过程中的实际地磁数据,对椭球拟合与迭代算法两种不同的方法进行实验对比,实验结果表明所使用的迭代算法具有快速、准确的特点。 针对惯性导航误差随时间积累的缺陷,设计了惯性/地磁两种不同的组合导航方式,松组合采用线性最优的卡尔曼滤波,紧组合采用非线性粒子滤波,仿真对比分析表明紧组合导航精度更高。 针对紧组合导航采用一般无迹粒子滤波方法计算量大的问题,采用一种基于Rao-Blackwellized原理的无迹粒子滤波的惯性/地磁组合导航算法。仿真结果表明,该方法不仅在初始误差较大的情况下得到了较高的定位精度而且降低了无迹粒子滤波的维数,减少了计算量。