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作者：

李芳明

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摘要：

惯性导航系统因其具有无源性与自主性,一直是水下航行器的核心导航装置。由于惯性敏感元件的固有原因,惯性导航系统的定位误差随时间累积发散,长期精度难于保证。作为一种非传统的导航定位技术,重力、地磁、重力梯度、地形等基于地球物理信息的匹配导航方式,因其具备自主、隐蔽、匹配特征高效的优点,越来越受到人们的重视。基于地球物理信息的匹配导航方式,不仅具备弥补惯性导航系统定位误差的能力,而且可全天候应用,无需载体接近水面,不必向载体外部发射信号,达到水下载体长期、隐蔽、高精度导航的目的。本文针对地球物理信息匹配导航系统的应用需求,设计了以惯性导航系统为核心,基于地球物理导航的惯性/数据库匹配导航系统。在分析地球物理信息匹配导航的工作原理及系统组成的基础上,对系统的软硬件进行了设计。系统以ADLINKPXIS-2506型工控机作为组合计算机,通过数据预处理装置获取惯性导航系统和重力仪等传感器信息。数据预处理装置主要由控制器及其外围电路、存储器电路、串并行数据转换电路以及CPCI总线驱动电路等四个电路模块组成。根据惯性导航系统和重力仪等传感器数据的输出格式,设计了该装置对传感器数据的预处理程序。结合CPCI设备的工作流程,实现了该装置的驱动程序。匹配导航系统程序基于QNX嵌入式实时操作系统设计开发,实现对数据预处理装置传递的传感器数据的处理以及利用人工物理优化的粒子滤波算法进行位置解算等功能;使用PhAB开发人机界面,用于实现导航参数设置、导航实时数据显示和航迹显示等功能。利用QNXDatabase作为数据库管理系统,存储地球物理场数据,并根据数据之间的联系,设计了数据表的结构;研究并完成了地球物理场等值线的抽取及其在系统主界面中显示的方法。结合某惯性导航系统的海上试验数据,分析了不同性能惯性导航系统和重力仪对人工优化粒子滤波算法性能的影响。系统以重力数据为例进行了设计,结合上述惯性导航系统试验数据和重力仪模拟器,对系统的主要功能进行了验证测试。

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关键词：

地球物理信息 匹配导航系统 嵌入式实时操作系统 粒子滤波 geophysical field data matching navigation system embedded real-time operation system particle filter