面向不动产单元的车载惯性测量系统误差抑制技术研究

论文摘要

针对不动产实地测量中手持式捷联惯性测量系统质量大、测量效率低、人工成本高的问题,引入车载式惯性测量系统。车载惯性测量系统重心高,受环境中随机扰动的影响较大。车辆在行进过程中,不平路面（颠簸、侧滑等）影响传感器测量环境,导致传感器输出误差变化。结合车载惯性测量系统的运动学特性,确定了静基座初始对准加行进间对准的误差抑制技术方案,从而提高系统的测量精度。本文的主要研究工作包括以下几个方面:（1）对车载惯性测量系统行进间的运动学模型进行研究。分析并建立了车载惯性测量系统七自由度运动学方程,对车辆四个车轮处在不同路面上的激励-响应展开仿真研究,接着对车辆质心处的运动状态展开仿真,得到了安装在车辆中心处的惯性测量系统所敏感的载体运动状态信息;针对车载惯性测量系统行进间的失准角进行仿真分析,为非线性滤波技术研究提供理论依据。（2）对车载惯性测量系统静基座初始对准展开研究。分析并建立了基于小失准角假设的线性误差模型以及基于大失准角假设的非线性误差模型;针对不同的初始姿态误差,应用KF滤波（标准卡尔曼滤波）和UKF滤波（无迹卡尔曼滤波）进行静基座初始对准仿真研究,对比两种滤波算法对不同失准角的估计精度。（3）对车载惯性测量系统行进间对准展开研究。针对车载惯性测量系统行进间动态性较高,系统非线性增强的特性,采用UKF滤波算法开展行进间对准;考虑实际测量过程中噪声统计特性不能精确已知,引入简化的Sage-Husa自适应UKF滤波算法,对车载惯性测量系统的观测噪声协方差阵进行自适应递推,提高了行进间对准的精度和稳定性。（4）对车载惯性测量系统静基座初始对准和行进间对准方法进行实验验证。利用转台半物理实验,验证了静基座初始对准滤波手段的有效性;利用行进间测量实验,验证了行进间对准算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 不动产实地测量的背景与意义
•     1.1.2 不动产实地测量方法简述
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 惯性测量技术发展历史及研究现状
•     1.2.2 车载惯性测量技术发展历史及研究现状
•     1.2.3 常用惯性误差抑制技术发展历史及研究现状
•   1.3 本文主要研究内容及章节安排
• 第二章 车载惯性测量系统运动模型仿真研究
•   2.1 常用坐标系及变换关系
•     2.1.1 常用坐标系及介绍
•     2.1.2 常用坐标系间的变换关系
•   2.2 路面激励-响应模型研究
•     2.2.1 车辆运动学模型
•     2.2.2 路面不平度仿真研究
•     2.2.3 轮胎处路面激励-响应仿真
•   2.3 车载惯性测量系统在不平路面上动态性仿真研究
•     2.3.1 车辆质心处激励-响应仿真
•     2.3.2 车载惯性测量系统行进间失准角仿真研究
•   2.4 本章小结
• 第三章 车载惯性测量系统静基座初始对准技术研究
•   3.1 车载惯性测量系统静基座误差方程
•     3.1.1 线性误差模型
•     3.1.2 非线性误差模型
•   3.2 卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波基本原理
•     3.2.1 KF滤波基本原理
•     3.2.2 UKF滤波基本原理
•   3.3 KF滤波在静基座初始对准中的应用研究
•     3.3.1 位置已知点处车载惯性测量系统数学模型
•     3.3.2 车载惯性测量系统初始对准仿真分析
•   3.4 UKF滤波在静基座初始对准中的应用研究
•     3.4.1 位置已知点处车载惯性测量系统数学模型
•     3.4.2 车载惯性测量系统初始对准仿真分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 车载惯性测量系统行进间对准技术研究
•   4.1 UKF滤波在行进间对准中的应用研究
•     4.1.1 车载惯性测量系统行进间对准数学模型
•     4.1.2 UKF滤波在行进间对准中仿真分析
•   4.2 Sage-Husa自适应UKF滤波在行进间对准中的应用研究
•     4.2.1 Sage-Husa自适应UKF滤波基本原理
•     4.2.2 基于UD分解的简化Sage-Husa自适应UKF滤波
•     4.2.3 Sage-Husa自适应UKF滤波在行进间对准中的仿真分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 车载惯性测量系统误差抑制技术实验验证
•   5.1 实验系统介绍及转台标定实验
•     5.1.1 实验系统介绍
•     5.1.2 转台标定实验
•   5.2 车载惯性测量系统静基座初始对准半物理实验验证
•     5.2.1 基于KF滤波算法的静基座初始对准实验
•     5.2.2 基于UKF滤波算法的静基座初始对准实验
•   5.3 车载惯性测量系统行进间对准半物理实验验证
•     5.3.1 基于UKF滤波算法行进间对准实验
•     5.3.2 基于Sage-Husa自适应UKF滤波算法行进间对准实验
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间研究成果及论文发表情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 沈志乐

导师: 吴峻,石宝钱

关键词: 不动产测量,车载惯性测量系统,静基座初始对准,行进间对准,非线性滤波

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,建筑科学与工程

单位: 东南大学

分类号: TU198;P204

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.002855

总页数: 74

文件大小: 3431K

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