● 摘要
随着MEMS(micro-electro-mechanical system, 微机电系统)技术的发展， MEMS-INS开始在低成本导航领域获得广泛应用。由MEMS-INS、GPS构成的组合导航系统可以实现二者的优势互补，且具有成本低、重量轻、体积小等特点，符合了一些低成本导航应用领域对导航系统的要求。但当GPS信号受到遮挡或干扰而不能正常定位时，由于MEMS惯性器件精度较低，MEMS-INS误差随时间积累，造成此时组合导航系统的定位精度下降。因此，需采取有效措施提高GPS信号丢失时MEMS-INS/GPS组合导航系统的定位精度，保证组合导航系统的可靠性。本文以MEMS-INS/GPS组合导航系统为研究对象，对如何提高GPS信号丢失时组合导航系统的定位精度进行了研究。首先针对MEMS惯性器件输出误差较大的问题，对MEMS-惯性器件输出进行数据预处理，包括采用小波阈值去噪去除随机噪声，提高信噪比；并采用FAR模型对随机漂移进行建模，为随机漂移估计奠定基础。通过数据预处理提高了MEMS惯性器件的输出精度，保证了GPS信号短时丢失时组合导航系统的定位精度。此外，还提出了基于调平法加磁罗盘辅助的MEMS-INS初始对准方法。其次，为了保证包括MEMS惯性器件随机漂移在内的各状态量均能得到有效估计，对MEMS-INS/GPS系统进行了可观测性分析，确定了GPS所需提供的观测信息个数，并在此基础上引入GPS姿态观测信息，设计了MEMS-INS/GPS组合滤波器，并采用UKF滤波算法，有效实现了二者的信息融合。最后，为保证GPS信号长时间丢失时组合导航系统的定位精度，分析了现有的基于人工智能的MEMS-INS位置误差建模及预测方法存在的不足，在此基础上提出了改进的MEMS-INS位置误差建模及预测方法，包括自进化ANFIS位置误差预测方法和自组织ANIFS位置误差预测方法。跑车实验验证了改进的位置误差预测方法可进一步提高MEMS-INS位置误差预测精度，有效保证了GPS信号长时间丢失时MEMS-INS/GPS组合导航系统的定位精度。本文对如何保证GPS信号丢失时MEMS-INS/GPS组合导航系统的定位精度所进行的研究具有一定的实际意义与应用价值，为提高MEMS-INS/GPS组合导航系统的综合定位性能的研究奠定了基础。