● 摘要
SINS/GPS组合导航系统是综合了SINS自主性和GPS高精度的现代导航系统，具有导航精度高、可靠性好等优点，是现代导航系统的主要发展方向之一。同时，微机械惯性测量单元(MIMU)的飞速发展，给MIMU/GPS组合导航系统的应用带来了广阔的前景。滤波是研究组合导航问题的主要手段，目前广泛采用的是扩展卡尔曼滤波方法，但组合导航问题本质上是非线性的，对模型进行线性化的扩展卡尔曼滤波在一定程度上影响了系统的性能。近年来，直接使用非线性模型的无迹滤波(UKF)和粒子滤波(PF)，正在逐渐成为研究非线性估计问题的热点和有效方法。本文首先研究了UKF和PF的理论基础，推导了UKF、PF算法及其改进算法，并通过仿真横向比较了其滤波性能。其次，针对MIMU/GPS组合导航系统，建立了位置速度组合的非线性四元数误差模型和伪距组合的非线性误差模型，设计了连续运动状态的飞行轨迹，并采用UKF与PF进行了仿真分析，结果表明UKF更适合于工程实际应用。最后，初步研究了MIMU/GPS组合导航系统的超紧组合模式，重点分析了GPS跟踪环路特性，设计了非线性环路滤波器和卡尔曼环路滤波器，采用UKF与KF进行了仿真分析，结果表明采用UKF环路滤波器可以得到更好的GPS环路特性，为进一步采用惯导信息辅助GPS跟踪环路奠定了良好的基础。